Přenos elektronů

Úvod

Jedná se o důležitý děj, který je součástí buněčného dýchání, resp. respiračního řetězce. Dochází při něm k uvolňování energie, která je poté využita ATP–syntázou, schopnou vytvořit více než 100 molekul ATP za 1 sekundu.

V rámci elektron–transportního řetězce jsou využívány vysokoenergetické elektrony, které vznikly v průběhu Krebsova cyklu. Z něho vystupují v podobě NADH a FADH₂. Prostřednictvím těchto přenašečů jsou transportovány do řetězce enzymů zanořených do fosfolipidové dvojvrstvy vnitřní membrány mitochondrií. Zde pak dochází k jejich předávání spolu s dalšími redukčními ekvivalenty (vodíkovými protony) mezi jednotlivými enzymovými přenašeči podle vzrůstajícího redox–potenciálu. Předávání redukčních ekvivalentů je podmíněno procesy oxidace a redukce jednotlivých redox–přenašečů, mezi ně patří NAD–dependentní dehydrogenázy, flavoproteiny, cytochromy (viz níže) a molekulární kyslík. Při těchto dějích se získává energie sloužící k přenosu vodíkových protonů H⁺ z matrix mitochondrií do mezimembránového prostoru. Vzniklá vyšší koncentrace vodíkových iontů (protonového gradientu) následně umožní činnost ATP–syntázy.

V závěru přenosu elektron – transportním řetězcem jsou elektrony předány molekulám plynného kyslíku. V této fázi elektrony již odevzdaly veškerou svou energii při průchodu respiračním řetězcem.

Cytochromy

Jak již bylo zmíněno, cytochromy jsou látky transportující elektrony vnitřní mitochondriální membránou, čehož dosahují kaskádou vzájemných oxidačně–redukčních reakcí.

Pro snadnější porozumění je princip fungování vyložen i názornou a neodbornou formou

Do dýchacího řetězce jsou zapojeny cytochromy b, c₁, c, a, a₃ postupně v tomto pořadí podle vzrůstajícího redox–potenciálu, jehož specifickou hodnotu pro daný cytochrom ovlivňuje zejména složení proteinové části molekuly.

Struktura

Jedná se o hemoproteiny (složené proteiny, jež ke svému řetězci mají navázanou hemovou skupinu), obsahují tudíž železo schopné přecházet mezi dvojmocným a trojmocným stavem, díky čemuž se na přenosu elektronů mohou podílet. Oxidačně–redukční reakcí s předchozím článkem kaskády cytochrom přijme elektron a přítomné železo tak sníží své oxidační číslo na +II, aby ho vzápětí při reakci s článkem následujícím opět odevzdalo a své oxidační číslo tak zvýšilo zpět na +III.

Umístění v buňce

Cytochromy jsou zabudovány do vnitřní membrány mitochondrií – výjimku tvoří cytochrom c, který je na tuto membránu volně navázán z vnější strany a který je také jako jediný z cytochromů rozpustný ve vodě. Koncovým článkem přenosu elektronů je enzym cytochromoxidáza (obsahující vedle železa i měď), jenž elektrony přenáší na vdechnutý kyslík a podmiňuje tak vznik vody. (detailnější popis reakcí viz Elektronový transportní řetězec)

Vlastnosti

Cytochromy jsou zkoumány a klasifikovány zejména na základě absorpce záření. Typická absorpční spektra mají zejména v oblasti viditelného světla. (více informací o spektrofotometrii viz Spektrofotometrie)

Nejlépe prozkoumaným je v současné době cytochrom c. Přírodovědci vědí, že se jedná o bílkovinu v sekvenci nesmírně konzervativní, v níž se víc než čtvrtina aminokyselin řetězce nezměnila evolucí ani za 1,5 miliardy let. O ostatních cytochromech mnoho informací známo není.

S cytochromy související onemocnění

Vzácné genetické onemocnění v angličtině označované jako cytochrome c oxidase deficiency postihuje, jak název napovídá, cytochromoxidázu. V buňkách se jí nenachází dostatek, přenos elektronů a tím i získávání energie pro organismus tudíž není natolik účinné jako u jiných osob. Postiženy jsou zejména tkáně citlivé na nedostatek energie – kosterní svaly, myokard, játra, nervová soustava. Závažnost onemocnění je vysoce variabilní pacient od pacienta.

Odkazy

Související články

Elektron Dýchací řetězec

Použitá literatura

• ZÁVODSKÁ, Radka. Biologie buněk :  základy cytologie, bakteriologie, virologie. 1. vydání. Praha : Scientia, 2006. ISBN 80-86960-15-3.

• MURRAY, Robert K, D. K GRANNER a P. A MAYES, et al. Harperova biochemie. 2. vydání. Praha : H&H, 1998. 872 s. ISBN 80-85787-38-5.

• LEDVINA, Miroslav, Alena STOKLASOVÁ a Jaroslav CERMAN. Biochemie pro studující medicíny. 2. vydání. Praha : Karolinum, 2009. 0 s. ISBN 80-246-0851-0.

• Cytochrome c oxidáze deficiency. In: Genetics Home Reference [online]. November 24, 2014 [cit. 2014-11-29]. Dostupné z: http://ghr.nlm.nih.gov/condition/cytochrome-c-oxidáze-deficiency