1 / 26

Respirace

Respirace. Energie záření. chem. energie ( ATP, NAD(P)H ). CO 2. O 2. Redukce za „spotřeby“ NADPH. BIOMASA. CO 2 (-COO - ) = -COOH -CHO -CH 2 OH -CH 3. oxidace produkující NADH (FADH2). Fotosyntéza Dýchání. teplo.

miron
Download Presentation

Respirace

An Image/Link below is provided (as is) to download presentation Download Policy: Content on the Website is provided to you AS IS for your information and personal use and may not be sold / licensed / shared on other websites without getting consent from its author. Content is provided to you AS IS for your information and personal use only. Download presentation by click this link. While downloading, if for some reason you are not able to download a presentation, the publisher may have deleted the file from their server. During download, if you can't get a presentation, the file might be deleted by the publisher.

E N D

Presentation Transcript

  1. Respirace

  2. Energie záření chem. energie (ATP, NAD(P)H) CO2 O2 Redukce za „spotřeby“ NADPH BIOMASA CO2 (-COO-) = -COOH -CHO -CH2OH -CH3 oxidace produkující NADH (FADH2) FotosyntézaDýchání teplo

  3. Proč rostliny respirují, když energii získávají ve fotosyntéze ? 1. rostliny žijí i v noci 2. rostliny mají pletiva a orgány, které nefotosyntetizují 3. dýchání a metabolismus s ním spřažený je zdrojem metabolitů pro anabolické reakce proto je dýchání nezbytné i u zelených buněk! (v buňkách s chloroplasty je na světle dýchání inhibováno jen na cca 30%) - tvorba uhlíkových skeletů (např. pro asimilaci N)

  4. Respirací rostliny získávají: - metabolickou energii ve formě ATP - redukované koenzymy (NADH) - metabolity pro buněčné syntézy - tepelnou energii, … Respirace pomáhá udržovat rovnováhu - redoxní (NAD+/NADH) - ATP/ADP, … - schopnost účinné disipace

  5. V jedné buňce často zároveň fotosyntéza, respirace a fotorespirace - komplexní regulace výstavby struktur a aktivity enzymových systémů v chloroplastech v mitochondriích v cytoplasmě v peroxizómech - na úrovni genové exprese (jádro, plastidy, mitochondrie) - na biochemické (především redox signalizace)

  6. Základní • metabolismus • rostlinné • buňky • Složky dýchání: • Glykolýza • (+ OPPP) • 2. Krebsův cyklus • 3. Dýchací řetězec

  7. V opačném směru = redukční fáze Calvinova cyklu Glykolýza - v cytoplasmě a plastidech (od glukózy k pyruvátu) - energie, syntézy energetický zisk (na 1 glukózu): 2 ATP (substrátová fosforylace) 2 NADH

  8. Anoxygenní glykolýza – limitace kyslíkem kyslík– konečný akceptor elektronů v dýchacím řetězci – za normálních podmínek nebývá limitující pyruvát  laktát pyruvát  etanol (pokles pH) (alanin, sukcinát) – nutno odstraňovat pyruvát a oxidovat NADH, aby mohla běžet oxidace glyceraldehyd-3-P, která produkuje ATP Evoluční adaptace u trvale zatopených kořenů: tvorba aerenchymu pneumatofory (mangrovy)

  9. Glykolýza • alternativní enzymy • zvýšení flexibility • ATP-PFK (3)  PPi-PFK (PFP) • nefosforylující G3P DH (5) • (NADP– dependentní) • pyruvát kináza (9)  PEP fosfatáza  (PEPc – MDH – ME) • Regulace: • PEP inhibuje PFK malát přenesen do mitochondrií (PDC  TCA cyklus)

  10. Mitochondrie

  11. PyruvátOH- Mitochondrie Cytosol pH 7 • Vnitřní membrána • komplexy elektron- transportního řetězce • ATP syntáza • membránové přenašeče • Matrix • enzymy Krebsova cyklu • Vnější membrána • zadržuje cytochrom c! OH- Pi Matrix pH 8 ADP ATP [H+] Malát citrát

  12. Krebsův (citrátový, TCA) cyklus • (od pyruvátu po CO2 a redukované NADH a FADH2) • v matrix (xSDH) • - část i cytoplasma • - PDC • (pyruvát dehydrogenázový • komplex) • Energetický zisk: • (na 1 pyruvát) • 4 NADH • 1 FADH2 • 1 ATP • - asi 50 % do syntéz • (kompenzace malát ! • PEPc - MDH) PDC

  13. Krebsův cyklus PDC (pyruvát dekarboxylázový komplex) - regulace (NADH, Ac-KoA) - fosforylace inhibiční ! (PDKinase) - blok ADP, pyruvát - stimulace NH4+ Isocitrát DH - regulace (NADH) Obecně zřejmě thioredoxiny! PDC

  14. 3. Transport elektronů v dýchacím řetězci využití energie elektronů (z redukovaných koenzymů) pro vytvoření gradientu protonů (a následně syntézu ATP) využití energie gradientu protonů Pavlová L.: Fyziologie rostlin. 2006. Mobilní přenašeče elektronů: ubichinon (= koenzym Q10) + cytochrom c

  15. Transport elektronů v dýchacím řetězci Komplex I: přímý přenos protonů (asi 4H+ na 2 elektrony) oxidace NADH - redukce UQ (vznik UQH2 – redukovaný ubichinon) Pavlová L.: Fyziologie rostlin. 2006.

  16. Transport elektronů v dýchacím řetězci • Komplex II • oxidace sukcinátu na fumarát přímo na komplexu II, přenos přes • FADH2 - redukce UQ Pavlová L.: Fyziologie rostlin. 2006.

  17. Transport elektronů v dýchacím řetězci snižuje gradient protonů! Komplex III: (cytochromový bc1) oxidace UQH2 -redukce UQ - redukce cytochromu c uvolnění (přenos) H+ Pavlová L.: Fyziologie rostlin. 2006. - společný původ s b6f cytochromovým komplexem chloroplastů - stejný mechanismus - chinonový cyklus na dimeru komplexu III

  18. Transport elektronů v dýchacím řetězci tvorba gradientu H+ 4H+ + O2 2H2O 4 Komplex IV cytochromoxidáza oxidace cyt c -redukce O2 spotřeba H+ +přímý přenos H+

  19. ATP syntáza: využití gradientu protonů k fosforylaci ATP, transport do cytoplasmy – antiportem ATP/ADP 4H+ + O2 2H2O 4 Pavlová L.: Fyziologie rostlin. 2006. 3-5 H+ 1 ATP dle počtu c-podjednotek NADH + H+ 2,5 ATP ; FADH2  1,5 ATP

  20. „Bezpečnostní ventily“ dýchání - kromě komplexů (I – V) jsou na membráně i další oxidující proteiny - jemná regulace jejich aktivity! Inhibitory: rotenon, antimycin A, kyanid UPC alternativní oxidáza „nefosforylující“ NAD(P)H dehydrogenázy +uncoupling protein (UCP)

  21. „Bezpečnostní ventily“ dýchání - oxidace s omezenou produkcí ATP (= tvorba tepla) Funkce: Udržování rovnováhy: UQ/UQH2, NAD(P)+/NAD(P)H, ADP/ATP Udržování metabolického běhu - fotorespirace, Krebsův cyklus (tvorba tepla) oxidace NADH „nefosforylující“ NAD(P)H dehydrogenázy (NAD(P)H – UQ) = bypass komplexu I oxidace UQH2 alternativní oxidáza (UQH2 – kyslík) = bypass komplexu III a IV „zkratování“ protonového gradientu uncoupling protein (UCP) = bypass ATP syntázy (komplexu V) Tvorba tepla

  22. Funkce alternativní oxidázy a speciálních NAD(P)H dehydrogenáz • aktivace za stresu, i vývojově (AOX x UCP) • ochrana před overedukcí UQ, vznikem ROS, blokem TCA?

  23. Vnější faktory ovlivňující rychlost dýchání Kyslík– konečný akceptor elektronů – za normálních podmínek nebývá limitující CO2– inhibuje respiraci (skladování ovoce a zeleniny v atmosféře s CO2) Teplota–zvyšuje výrazně rychlost dýchání (teplé noci v tropech snižují výnosy, nutnost skladování ovoce a zeleniny v chladu) Světlo– inhibuje respiraci v buňkách s chloroplasty

  24. OPPP – oxidativní pentózofosfátová dráha (cyklus) (oxidative pentose phosphate pathway) • - dvojstupňová oxidace glukózy (G6P) spojená s dekarboxylací (C6→C5) • - energeticky bohaté elektrony (nízkopotenciálové) přeneseny • na NADP+ - využití v anabolických drahách (např. mastné kyseliny)

  25. OPPP – oxidativní pentózofosfátová dráha - především anabolická dráha (propojení s glykolýzou C6, C3) - redukce NADP+ (syntézy např. mastných kyselin, uvolnění CO2 - zdroj uhlíkových skeletů pro biosyntézy - v cytoplasmě a v plastidech (především v noci) - rekonstituce C6 – částečně společné reakce s Calvinovým cyklem

  26. Glukoneogeneze– štěpení tuků a syntéza sacharózy(klíčení) (1) -oxidace, (2) glyoxylátový cyklus, (3) glukoneogeneze (3) glukoneogeneze - rozšířený (modifikovaný) Krebsův cyklus - glyoxylát dle současné představy není součástí cyklu (změna názvu cyklu?) -oxidace Malát syntáza Sumárně: vytvoření C3 cukru ze dvou C2 (2 Ac-KoA) Isocitrát lyáza

More Related