Powstawanie reaktywnych form tlenubiotka.mol.uj.edu.pl/zbm/handouts/2015/AL/wyklad_2...Kompleks I...

Biochemia stresu oksydacyjnego

Dr hab. Agnieszka Łoboda

Literatura:

Grzegorz Bartosz „Druga twarz tlenu”

Barry Halliwell & John Gutteridge „Free radicals in biology and medicine”

Powstawanie reaktywnych form tlenu

w komórkach

Wykład 2

Literatura: Grzegorz Bartosz „Druga twarz tlenu” Barry Halliwell & John Gutteridge „Free radicals in biology and medicine” Woyda-Płoszczyca & Jarmuszkiewicz, Postępy Biochemii, 2008

Postępy Biochemii, 2006

Etapy powstawanie reaktywnych form tlenu

Reaktywne formy tlenu są pośrednimi produktami

kolejnych etapów redukcji tlenu

Anionorodnik ponadtlenkowy

O2- 2

sigma delta

tlen

trypletowy

anionorodnik

ponadtlenkowy

σ1s

σ*1s

σ2s

σ*2s

σ2p

π2p

π*2p

σ*2p Powstaje w wyniku jednoelektronowej redukcji tlenu

Może utleniać:

* centra siarkowo-żelazowe enzymów (np. akonitazy) – ich

utlenienie prowadzi do utlenienia żelaza i inaktywacji

enzymów;

* NO – powstaje nadtlenoazotyn

W obecności żelaza reaguje z nadtlenkiem wodoru dając

rodnik hydroksylowy (reakcja Habera-Weissa)

Ulega spontanicznej dysmutacji do nadtlenku wodoru i tlenu;

reakcja ta jest katalizowana przez dysmutazy ponadtlenkowe

(SOD)

Nadtlenek wodoru

- Powstaje w wyniku spontanicznej lub katalizowanej przez SOD dysmutacji

anionorodnika ponadtlenkowego.

- Powstaje w wyniku:

* jednoelektronowej redukcji nadtlenku wodoru (najważniejsze źródło rodnika

hydroksylowego w komórkach)

. H2O2 + e- + H+ H2O + OH

Źródła ROS w komórce

Enzymy generujące H2O2:

np.

* oksydaza aldehydowa

* oksydaza D-aminokwasowa

* okydaza a-hydroksykwasowa

* oksydaza ksantynowa

* oksydaza acetylokoenzymu A

* oksydaza glutarylokoenzymu A

* oksydaza galaktozowa

* oksydaza glikolanowa

Enzymy generujące O2

np.

* oksydaza ksantynowa

* oksydaza aldehydowa

* oksydaza diaminowa

* reduktaza cytochromu P450

* reduktaza glutationowa

* oksydaza galaktozowa

* mieloperoksydaza

* oksydoreduktaza NADPH

* hydroperoksydaza prostaglandynowa

* tyrozynaza

* syntaza tlenku azotu

* reduktaza cytochromu b5

* lipooksygenaza

* dioksygenaza tryptofanowa

. - Reakcje enzymatyczne

Wybuch oddechowy fagocytów

Komórki fagocytujące organizmu (granulocyty, monocyty, makrofagi) reagują na „intruza”

kilkudziesięciokrotnym wzrostem zużycia tlenu (wybuch oddechowy – wybuch tlenowy, ang.

respiratory burst)

Fagocyty wytwarzają i uwalniają na zewnątrz ogromne ilości anionorodnika ponadtlenkowego,

który częściowo ulega dysmutacji do nadtlenku wodoru.

http://macscience.wordpress.com/level-2-biology/cells/

Kwas podchlorawy powstaje w reakcji nadtlenku

wodoru i chlorku, w reakcji katalizowanej przez

mieloperoksydazę w fagocytach

- Kwas podchlorawy jest silnym utleniaczem, reagującym z białkami, lipidami,

kwasami nukleinowymi i węglowodanami.

- Produkcja kwasu podchlorawego w czasie wybuchu tlenowego w fagocytach

stanowi istotny mechanizm obrony przed patogenami. W warunkach

chronicznego zapalenia (np. w miażdżycy) może prowadzić do uszkodzenia

tkanek organizmu.

- Inaktywacja kwasu podchlorawego zachodzi w wyniku reakcji z glutationem

lub tauryną (obecną zwłaszcza w neutrofilach).

Wiele gatunków bakterii zabijanych jest

bezpośrednio przez układ

mieloperoksydaza/nadtlenek wodoru/kwas

podchlorawy. Celem dla tego systemu są

przede wszystkim bakteryjne białka żelazowo-

siarkowe, błonowe białka transportujące,

systemy generujące ATP oraz miejsca startu

replikacji DNA.

- Cykle redoks i utleniania ksenobiotyków (trucizny do zwalczania szkodników)

- Utlenianie białek oddechowych (hemoglobiny, mioglobiny)

hem-Fe2+ + O2 → hem-Fe3+ + O2-˙

> reduktaza methemoglobinowa w erytrocytach

> w obecności donorów elektronów może zachodzić dwuelektronowa

redukcja tlenu związanego z hemoglobiną, w wyniku czego powstaje

nadtlenek wodoru

- Samoutlenianie związków niskocząsteczkowych (np. związków tiolowych)


- Łańcuch oddechowy w mitochondriach (najważniejsze komórkowe źródło

RFT; około 1-4% tlenu ulega redukcji jednoelektronowej)


Mitochondrium

Stove and Camara. Antioxid Redox Signal 2009.

- Zewnętrzna błona mitochondrialna:

* stosunek wagowy białek do fosfolipidów: ~1:1

* duża zawartość poryn

- Cząsteczki o masie do ~6 kDa mogą swobodnie dyfundować do przestrzeni

międzybłonowej. Większe muszą mieć sekwencję sygnałową na N-końcu,

pozwalającą na wiązanie do translokaz.

- Przestrzeń międzykomórkowa:

* stężenie małych cząsteczek podobne jak w cytozolu

* skład białek jest odmienny niż w cytozolu

- Wewnętrzna błona mitochondrialna:

* stosunek wagowy białek do fosfolipidów: ~3:1

* duża zawartość kardiolipiny (zmniejszenie przepuszczalności błony)

* brak poryn

* transport wszystkich substancji wymaga transporterów

* obecność białek odpowiedzialnych za fosforylację oksydacyjną, syntezę i

hydrolizę ATP, transport białek regulatorowych.

Mitochondrialny łańcuch transportu elektronów

Kompleks I – dehydrogenaza NADH

Kompleks II - dehydrogenaza bursztynianowa

Kompleks III – kompleks cytochromów bc1

Kompleks IV – oksydaza cytochromowa

Jony Fe-S – centra żelazo-siarkowe

Koenzymy – mononukleotyd flawinowy (FMN), dinukleotyd flawinowy (FAD), ubichinon (Q) –

centra oksydoredukcyjne

Mitochondrialny łańcuch transportu elektronów

Kompleks I – dehydrogenaza NADH

Kompleks II - dehydrogenaza bursztynianowa

Kompleks III – kompleks cytochromów bc1

Kompleks IV – oksydaza cytochromowa

Oddychanie komórkowe

Glikoliza w cytozolu Cykl Krebsa w mitochondrium


FADH2 - dinukleotyd flawinoadeninowy

NADH - dinukleotyd nikotynoamidoadeninowy

Mitochondrium

L. Stryer. Biochemia; Stove and Camara. Antioxid Redox Signal 2009.

Reakcje w matriks mitochondrialnej - Pirogronian produkowany podczas glikolizy jest transportowany do matriks,

dekarboksylowany oksydacyjnie i przyłączany do Co-A (powstaje CO2, acetylo-CoA i NADH).

- Grupa acetylowa przyłączana jest do szczawiooctanu (C4), tworząc cytrynian (C6). Izomer

cytrynianu jest następnie dekarbokylowany oksydacyjnie do a-ketoglutaranu (C5) i

bursztynianu (C4), z którego regenerowany jest szczawiooctan. Przy tym 3 jony wodorowe (6

e-) są przenoszone na NAD+, a para atomów wodoru (2 e-) na FAD.

- W cyklu Krebsa powstają 2

cząsteczki CO2, czemu towarzy-

szy produkcja 3 cząsteczek

NADH i 1 cząsteczki FADH2.

Powstaje też 1 wysokoener-

getyczne wiązanie fosforanowe,

a 9 kolejnych ATP może

powstawać podczas utleniania

NADH i FADH2 za pośrednictwem

łańcucha oddechowego.

- Przyjmuje elektrony z NADH, i przenosi je przez liczne kofaktory do pierwszego ruchliwego

nośnika elektronów, utlenionego koenzymu Q. Uzyskana w ten sposób energia jest

wykorzystywana do przeniesienia czterech protonów z macierzy mitochondrialnej do

przestrzeni międzybłonowej.

- Koenzym Q otrzymuje elektrony także z kompleksu II (dehydrogenazy bursztynianowej) oraz

dehydrogenazy aldehydu 3-fosfoglicerolu.

- Zredukowany koenzym Q przekazuje elektrony na kompleks III, skąd trafiają na cytochrom c,

ulokowany w przestrzeni międzybłonowej. Uzyskana w ten sposób energia wykorzystywana

jest do przeniesienia czterech protonów do przestrzeni międzybłonowej.

- Z cytochromu c elektrony przenoszone są na kompleks IV (oksydazy cytochromu c), gdzie

cząsteczkowy tlen redukowany jest do wody. Uzyskana w ten sposób energia wykorzystywana

jest do przeniesienia dwóch protonów do przestrzeni międzybłonowej.

Łańcuch oddechowy

Łańcuch oddechowy

- Przepływ elektronów z NADH lub FADH2 do O2 poprzez łańcuch oddechowy powoduje

wypompowywanie protonów z macierzy. Wytworzona siła protonomotoryczna obejmuje dwie

składowe: gradient pH (gradient protonowy) i transbłonowy potencjał elektryczny.

- W łańcuchu oddechowym powstaje anionorodnik ponadtlenkowy w wyniku

jednoelektronowej redukcji tlenu. Generowany jest w kompleksie I (dehydrogenaza

NADH) i III (koenzym Q = ubichinon - reduktaza cytochromowa).

L. Stryer. Biochemia; Stove and Camara. Antioxid Redox Signal 2009.

Nature 414, 813-820

Łańcuch oddechowy

UH2 + O2 → UH˙ + H+ + O2-˙

UH˙ + O2 → U + H+ + O2-˙

Przepływ elektronów nie jest szczelny – mogą one przeciekać i reagować z cząsteczką tlenu jednoelektronowo tworząc

anionorodnik ponadtlenkowy. Kompleksy I i III uczestnicza w przemianach oksydoredukcyjnych ubichinonu, w których

występuje niestabilna forma semichinonu, odpowiedzialna za przeciek elektronów i prowadząca do wytworzenia RFT.


VDAC

Voltage dependent anion

channel

IMAC

Inner mitochondrial

membrane anion channel

Mitochondria jako źródła RNS w komórce

PTP

Permeability transition pore

Związki ułatwiające identyfikację miejsc tworzenia

reaktywnych form tlenu

Stove and Camara. Antioxid Redox Signal 2009

Produkcja O2˙- w kompleksie I łańcucha oddechowego


Kompleks I (oksydoreduktaza NADH)

- Jest transbłonowym kompleksem enzymatycznym, który:

* utlenia NADH, przekazując elektrony na ubichinon

* jest połączony z pompą protonową, a jego aktywność przyczynia się do powstania

gradientu protonów

* stanowi jedno z dwóch głównych miejsc pobierania równoważników redukcyjnych

(drugie miejsce to kompleks II)

* jest głównym źródłem ROS w komórce w warunkach fizjologicznych

Koenzym Q (ubichinon)

- Ubichinon jest kluczowym transporterem elektronów w łańcuchu oddechowym i

ważnym antyoksydantem

- Niedobór lub dysfunkcja ubichinonu prowadzi do różnorodnych efektów

klinicznych:

* encefalomiopatii

* niemowlęcej choroby wieloukładowej

* ataksji móżdżkowej

* izolowanej miopatii mitochondrialnej

* zespołu nerczycowego

Dehydrogenaza bursztynianowa

Rutter et al. Mitochondrion 2010.

- Dehydrogenaza bursztynianowa (SDH) jest zarówno częścią łańcucha oddechowego

jak i cyklu Krebsa, w którym utlenia bursztynian do fumaranu

- SDH zbudowana jest z czterech jednostek, wszystkie kodowane są przez geny

jądrowe

- Jest jedynym kompleksem łańcucha oddechowego, który nie pompuje protonów

przez wewnętrzną błonę mitochondrialną

- Zaburzenia funkcji SDH są bardzo

rzadkie (2-4% zaburzeń łańcucha

oddechowego) i prowadzą do:

* zespołu Leigha (choroba neuro-

degeneracyjna rozwijająca się u

niemowląt)

* rodzinnej paragangliomy (przy-

zwojaka, nowotworu układu współ-

czulnego lub przywspółczulnego)


utlenianie

pirogronianu

utlenianie

samego

bursztynianu

NAD O2

Odwrotny transport elektronów

Odwrotny transport elektronów

- Kiedy mitochondria utleniają pirogronian,

elektrony są przekazywane z NADH do chinonu (Q)

poprzez FMN i centra Fe-S. Powstający QH' jest

redukowany do chinolu (QH2).

- Kiedy mitochondria utleniają jedynie bursztynian

(przy braku innych substratów) elektron

przenoszony jest wbrew potencjałowi redoks ze

zredukowanego chinonu (chinol, QH2) na NAD+,

zamiast w stronę O2.

Produkcja O2˙- w kompleksie III łańcucha oddechowego


Kompleks III (oksydoreduktaza

koenzym Q:cytochrom c)

- Budowa kompleksu III:

* zewnętrzne miejsce chinonowe (Qo)

* wewnętrzne miejsce chinonowe (Qi)

* cytochrom b566 (cyt b566)

* cytochrom b562 (cyt 562)

* białko Rieske (z kompleksami Fe-S)

* cytochrom c1

* cytochrom c

- Działanie kompleksu III:

* Ubichinon jest redukowany do QH2 po

stronie wewnętrznej (Qi) i migruje do strony

zewnętrznej (Qo) uwalniając 2H+ i przenosząc 1

e- na cyt c1 za pośrednictwem białka Rieske.

Powstaje przy tym QH' i Q.

* Drugi e- redukuje cytochrom b, dzięki czemu

elektrony są przenoszone na wewnętrzną stronę

błony, gdzie redukują chinon do QH2.

* cyt c i cyt c1 przyjmują tylko pojedynczy e-,

dlatego pełna redukcja Q wymaga utlenienia

dwóch cząsteczek QH2 w dwóch kolejnych

cyklach.

Produkcja O2˙- w kompleksie III łańcucha oddechowego


- Inhibitory kompleksu III:

* Myksotiazol: blokuje miejsce Qo

uniemożliwiając przeniesienie

elektronu z QH2 do centrów Fe-S i

cytochromu b.

* Stigmatelina: blokuje przeniesienie

pierwszego elektronu na centrum Fe-S.

* Antymycyna A: wiąże się do miejsca

Qi i blokuje przeniesienie drugiego

elektronu do miejsca Qi. Dzięki temu

hamuje powstawanie QH2 i nasila

tworzenie O2'-.

- Wydaje się, że O2'- tworzony na

kompleksie III jest uwalniany do

przestrzeni międzybłonowej (czyli jest

dysmutowany głównie przez CuZnSOD).

To wciąż jednak nie jest jasne.

- Cyt-c jest zakotwiczony w wewnętrznej błonie mitochondrialnej za pośrednictwem

kardiolipiny (Ma 4 nasycone kwasy tłuszczowe – zmniejsza przepuszczalność błon).

- W obecności ROS kompleks cyt-c/kardiolipina działa jak peroksydaza kardiolipiny,

tworząc wodoronadtlenki kardiolipiny, o zmniejszonym powinowactwie do cyt-c.

Uwalnianie cyt-c jest jednym ważnych etapów wczesnej apoptozy.

- Uwalnianie cyt-c jest procesem dwuetapowym:

* utrata kontaktu z wewnętrzną błoną mitochondrialną (hamowane przez NO)

* uwalnianie do cytozolu przez uszkodzoną zewnętrzną błonę mitochondrialną

(nasilane przez Bid, Bax, lub Bak – dezintegrujące błonę).

Uwalnianie cytochromu c

Uwalnianie cytochromu c

Rozwój blaszki miażdżycowej

Stove and Camara. Antioxid Redox Signal 2009.

Endothelium

Vessel Lumen LDL

LDL Readily Enter the Artery Wall Where They May be Modified

LDL

Intima

Modified LDL

Modified LDL are Proinflammatory

Hydrolysis of Phosphatidylcholine to Lysophosphatidylcholine

Other Chemical Modifications

Oxidation of Lipids and ApoB

Aggregation

Ross R. N Engl J Med 1999


LDL

LDL

Endothelium

Vessel Lumen

Intima

Monocyte

Modified LDL

MCP-1



LDL

LDL

Endothelium

Vessel Lumen

Intima

Monocyte

Modified LDL

Modified LDL Promote Differentiation of Monocytes into Macrophages

MCP-1

Macrophage



LDL

LDL Endothelium

Vessel Lumen Monocyte

Macrophage

MCP-1

Adhesion Molecules

Foam Cell

Modified LDL Taken up by Macrophage

Intima



LDL

LDL

Endothelium

Vessel Lumen Monocyte

Modified LDL

Macrophage

MCP-1

Adhesion Molecules

Cytokines

Intima



Oksydacyjne modyfikacje lipoprotein, a

szczególnie LDL mają kluczowy wpływ na rozwój

aterogenezy

Utlenienie LDL prowadzi do powstawania

różnorodnych fragmentów lipidowych i białkowych

lipoprotein.

Produkty peroksydacji lipidów takie jak 4-

hydroksynonenal modyfikują lipoproteiny (oxLDL)

Tak zmodyfikowana cząsteczka lipoproteiny nie

jest rozpoznawana przez receptor dla LDL

podlegający regulacji na zasadzie sprzężenia

zwrotnego, ale przez tzw. „scavenger receptor”

(SR),czego wynikiem jest ciągły napływ

obładowanych lipidami cząsteczek lipoprotein do

ściany naczyń.

Oksydacyjna teoria miażdżycy

Cukrzyca

Najgroźniejsze powikłania cukrzycy

wynikają z dysfunkcji śródbłonka naczyń

krwionośnych. Mikroangiopatia dotyczy

przede wszystkim siatkówki i może

prowadzić do rozwoju retinopatii

cukrzycowej, a w rezultacie do utraty

wzroku. Zmiany w małych naczyniach

przyczyniają się też do uszkodzeń nerek i

degeneracji nerwów. W wyniku

makroangiopatii może zostać uszkodzony

mięsień sercowy. Innym przykładem jest

tzw. syndrom stopy cukrzycowej, czyli

chroniczne niegojące się rany,

prowadzące do owrzodzeń, nekrozy i

ostatecznie amputacji.

- Typu I (insulinozależna)

- Typu II (insulinoniezależna) - insulinooporność

Obecnie uważa się, że pierwotną przyczyną uszkodzenia komórek w cukrzycy jest

przewlekła hiperglikemia oraz oporność na insulinę. Oba czynniki wpływają na

ostre zmiany w metabolizmie komórek oraz na długoterminowe zmiany w

makrocząsteczkach. Procesy te są modyfikowane dodatkowo przez czynniki

genetyczne podatności osobniczej oraz przez niezależne czynniki, jak nadciśnienie

lub hiperlipidemia.

Uszkodzenia tkanki zarówno w przypadku mikroangiopatii jak i makroangiopatii

powstają na skutek wewnątrzkomórkowego stresu oksydacyjnego, indukowanego

wzmożoną produkcją anionorodnika ponadtlenkowego w mitochondrialnym

łańcuchu transportu elektronów, powodującego apoptozę dojrzałych komórek

śródbłonka

Cukrzyca

W warunkach hiperglikemii, większa niż zwykle ilość glukozy wchodzi w cykl metaboliczny. W

wyniku intensywniejszych przemian cyklu kwasów trójkarboksylowych do łańcucha

mitochondrialnego dostarczana jest zbyt duża ilość NADH i FADH2. W konsekwencji gradient

napięcia w poprzek błony mitochondrialnej rośnie aż do momentu krytycznego, w którym

zablokowany jest transport elektronów w kompleksie III, co powoduje cofnięcie elektronów do

koenzymu Q, gdzie są one przyłączane do cząsteczek tlenu. W ten sposób wygenerowane

zostają anionorodniki ponadtlenkowe.

Cukrzyca

Mitochondrialny system antyoksydacyjny

Mitochondria stanowiąc istotne źródło RFT posiadają rozbudowany system

antyoksydacyjny składający się z

Białek enzymatycznych: dysmutazy ponadtlenkowe, katalaza,

peroksydazy)

Związków niskocząsteczkowych czy białek nieenzymatycznych: glutation,

askorbinian, tioredoksyna, białka rozprzęgające

Białka rozprzęgające (UCP)

Krauss et al. 2005

UCP - ang. Uncoupling Protein

G. Valacchi and P.A. Davis (eds). Oxidants in Biology. 2008


UCP – ang. Uncoupling Protein -mitochondrialne systemy rozpraszające energię

Białka wewnętrznej błony mitochondrialnej

Burzą protonowy gradient elektrochemiczny wytworzony przez łańcuch oddechowy

Działanie UCP jest napędzane

przez potencjał błonowy

(ujemny wewnątrz

mitochondrium) oraz kwaśne pH

UCP są aktywowane przez wolne

kwasy tłuszczowe (FFA – free

fatty acids)

Upośledzenie działania białek

UCP może wpływać na

funkcjonowanie komórek i

organów

UCP w łańcuchu oddechowym

Wolkow & Isner. Aging Res Rev. 2006.

G. Valacchi and P.A. Davis (eds). Oxidants in Biology. 2008

- Białko UCP (UCP1) zostało po raz pierwszy opisane

w brunatnych adipocytach, odpowiedzialnych za

termogenezę bezdrżeniową.

- UCP pozwala na powrót elektronów do matriks

mitochondrialnej bez produkcji ATP (może więc

zachodzić przy niedoborze ADP, zmniejszając ryzyko

nadmiernej akumulacji H+ w przestrzeni między-

błonowej). Towarzyszy temu produkcja ciepła.

- UCP2 odgrywa rolę w regulacji wydzielania

insuliny.

- UCP3 ulega ekspresji głównie w mięśniach

(szkieletowych, mięśniu sercowym) i ma działanie

antyoksydacyjne.

- UCP4 i UCP5 produkowane są głównie w układzie

nerwowym i mają działanie antyoksydacyjne.



Woyda-Płoszczyca & Jarmuszkiewicz, 2008

Termogeneza bezdrżeniowa

- Termogeneza bezdrżeniowa:

* produkcja ciepła w brunatnej tkance tłuszczowej (BAT)

* głównie u zwierząt hibernujących i u noworodków (wyjątek: świniowate)

* u szczurów: 3 g BAT zużywa 2 x więcej tlenu niż podstawowy metabolizm (BMR)

reszty ciała (czyli 350-400 g)

* u ludzi jest ok. 50 g BAT, które mogą zużywać ok. 20% tlenu niż BMR

Buffy et al. Br J Canc 2011.

Tseng et al. Nat Rev Drug Discov 2010.

BAT

- BAT u gryzoni:

* odpowiada za termogenezę

bezdrżeniową

* zwiększa wydatki energe-

tyczne

* zmniejsza otyłość

* zmniejsza tworzenie białych

adipocytów

- BAT u ludzi:

* jest obecny przez całe życie,

ale w niewielkich ilościach

(wykrywalny w PET/CT), głów-

nie między łopatkami (u nowo-

rodków) lub nad obojczykami (u

dorosłych

UCP-1

- Kluczowym białkiem w termogenezie bezdrżeniowej jest UCP-1. Funkcja innych białek UCP

jest mniej istotna.

- Transport protonów przez UCP-1 zależy od pary histydyn, których nie ma w innych UCP.

- Jest eksprymowany w brunatnej tkance tłuszczowej (BAT)

- Ekspresja UCP-1 jest indukowana przez kwasy tłuszczowej (prawdopodobnie poprzez

aktywację czynnika PPARd)

Woyda-Płoszczyca & Jarmuszkiewicz, 2008

Produkcja insuliny w komórkach b

Regulacja sekrecji insuliny z udziałem UCP2 w

komórkach β trzustki. Glukoza jest

transportowana do komórki na nośniku

glukozowym. Utlenianie glukozy, na które składa

się glikoliza, cykl kwasów trikarboksylowych

(TCA) oraz transport elektronów w łańcuchu

oddechowym (RC) mitochondrium, prowadzi do

wytworzenia protonowego gradientu

chemicznego (ΔμH+), który z kolei napędza

syntezę ATP. Wzrastający poziom ATP w komórce

β trzustki, jako konsekwencja podwyższonego

poziomu cukru we krwi, przyczynia się do

zamknięcia wrażliwych na ATP kanałów

potasowych (KATP) błony plazmatycznej.

Prowadzi to do depolaryzacji błony i otwarcia

kanałów wapniowych bramkowanych napięciem.

Napływ wapnia do komórki uruchamia proces

wydzielania insuliny. Aktywność UCP2

rozprasza ΔμH+ i tym samym obniża wydajność

syntezy ATP. UCP2 może więc pełnić funkcję

negatywnego regulatora stymulowanego glukozą

wydzielania glukozy w komórkach β wysepek

trzustkowych

UCP w łańcuchu oddechowym

- Niedobór UCP może zwiększać produkcję ATP w mitochondriach.

- W komórkach b trzustki:

* pobieranie glukozy przyczynia się do wzrostu aktywności łańcucha oddechowego

i zwiększenia produkcji ATP z ADP. To stymuluje fuzję pęcherzyków zawierających

insulinę i prowadzi do wydzielania insuliny.

* Wysoki stosunek ATP/ADP aktywuje UCP2, co zmniejsza gradient protonów i

obniża produkcję ATP, obniżając tym samym wydzielanie insuliny.

- Czynnikiem aktywującym UCP2 jest prawdopodobnie anionorodnik ponadtlenkowy.


Chan et al. Diabetes 2004.

- Homologi UCP znane są również u Drosophila melanogaster i Caenorhabditis

elegans

- Ewolucyjnie najstarszą formą UCP jest prawdopodobnie UCP-4 (u ssaków – obecny

w mózgu)

- Funkcje białek UCP:

* regulacja termogenezy (UCP-1)

* regulacja metabolizmu kwasów tłuszczowych (UCP-2 i UCP-3)

* zmniejszenie produkcji ROS (UCP-1, UCP-2, UCP-3, UCP-4, UCP-5)

* zahamowanie wydzielania insuliny (UCP-2)

* regulacja apoptozy (UCP-4)

- Myszy UCP KO mają normalny fenotyp, ale:

* UCP-1 KO – wrażliwe na zimno, podatne na tycie

* UCP-2 KO – zwiększona produkcja ROS

* UCP-3 KO – zwiększona produkcja ROS, zmniejszone utlenianie kwasów

tłuszczowych

UCP – mitochondrialne systemy rozpraszające energię

Slajdy dostępne na stronie Zakładu Biotechnologii Medycznej

Zapraszam na wykład 3

Powstawanie reaktywnych form tlenubiotka.mol.uj.edu.pl/zbm/handouts/2015/AL/wyklad_2...Kompleks I...

Documents

Transcript of Powstawanie reaktywnych form tlenubiotka.mol.uj.edu.pl/zbm/handouts/2015/AL/wyklad_2...Kompleks I...