גליקוגן: היתרון של פולימר כחומר תשמורת הוא שגליקוגן אינו מוסיף ללחץ האוסמוטי כפולימר .לא כמו ח.שומן גלוקוז יכול לספק אנרגיה גם בהעדר חמצן .גלוקוז היא מול' הדלק היחידה הנצרכת ע"י המוח (חוץ מבתנאי רעב).לגליקוגן בנוסף לשרשרת ליניארית יש ענפים -יוצר אריזה צפופה יותר .פירוק הגליקוגן הוא מהקצוות ובשל הענפים יש יותר קצוות -פירוק מהיר יותר! גליקוגן נמצא בריכוז הגבוה ביותר בכבד .תפקיד הכבד לשמור על רמת גלוקוז קבועה בדם .הכבד מאכסן גלוקוז בצורת גליקוגן .כמות הגליקוגן מגיעה עד .10%גליקוגן נמצא אף בחיידקים .גם בשרירים נמצאת כמות ניכרת של גליקוגן .3-2 %בגלל שמסת השרירים גדולה ממסת הכבד ,סה"כ הגליקוגן נמצא בכמות רבה יותר בשרירים .הגליקוגן מתפרק ע"י פוספורוליזה ומקבלים גלוקוז -1פוספט ,הדבר חוסך אנרגיה (כשגלוקוז נכנס למעגל הגליקוליזה הוא עובר פוספורילציה- תהליך הדורש אנרגיה) .גלוקוז -1פוספט הופך לגלוקוז -6פוספט ואז נכנס למסלול הגליקוליזה .תוצר פירוק הגליקוגן יכול להיכנס למסלול גליקוליזה במסלול אנאירובי עד לפירובט וקבלת אנרגיה בניגוד לחומרי תשמורת אחרים .לעבודה אנאירובית אנו משתמשים רק בגליקוגן .התפקיד העיקרי של הכבד הוא להעביר גלוקוז לשאר התאים דרך מחזור הדם ,כך שגלוקוז -6פוספט הופך בכבד לגלוקוז .פירוק גליקוגן :מזורז ע"י האנזים גליקוגן פוספורילאז:מפרק את קשרי 1,4 ומשחרר G1Pלגליקוליזה (פוספורילציה) .הוא מפרק עד 4שיירים מההסתעפות .ההתפרקות הפרוטיאוליטית של גליקוגן עדיפה מבחינה אנרגטית כיוון שהסוכר המשתחרר מזורחן .יתרון נוסף הוא שגלוקוז -1פוספט לא יכול לעבור בדיפוזיה אל מחוץ לתא ,בעוד שגלוקוז כן .גליקוגן טרנספראז :מתחיל לעבוד אחרי הפוספורילאז .לוקח 3מונומרים מתוך 4שנשארו מהענף ומעביר אותם לקצה החלק הליניארי .השייר שנשאר נפתח ע"י אנזים בשם 6-1αגלוקוזידאז ומקבלים גלוקוז נקי (הידרוליזה) .גלוקוז -1פוספט הופך לגלוקוז -6פוספט .הפוספט שנמצא במקום 6אינו הפוספט שהיה במקום .1הפוספט שבמקום 6הוא הפוספט שבאתר הפעיל של האנזים .לאחר מכן האנזים לוקח את הפוספט שבמקום .1הפוספט שבמקום 6 הוא פוספט ממקום 1של גלוקוז -1פוספט אחר .תהליך זה מזורז ע"י האנזים פוספוגליקומוטאז .בתאי כבד הורדת פוספט מגלוקוז -6פוספט ע"י גלוקוז -6פוספטאז מתרחשת בתוך לומן (חלל פנימי) של הרטיקולום האנדופלסמטי .גלוקוז -6 פוספט מועבר לתוך ה ,ER-מיד גלוקוז -6פוספטאז הופל אותו לגלוקוז ואל הציטופלסמה מועברים גלוקוז ופוספט. ריאקציה זו מתרחשת רק בכבד ולא בשרירים ובמוח .מנגנון גליקוגן פוספורילאז :אנזים גדול דימר המורכב מ 2-תת יחידות זהות בעל מסה DK97ולכל אחת אתר פעיל .זהו חלבון גדול מכיוון שהסובסטרט שלו גדול .בתוך האתר הפעיל של כל תת יחידה נמצא קופקטור פירידוקסאל פוספט ( .)PLPהוא מאפשר קטליזת ריאקציית פוספורוליזה ומונע הידרוליזה ע"י כך שהוא משמש בתור מקבל ומוסר פרוטון וכך מונע כניסת מים לאתר הפעיל ולאפשר לפוספט להשתתף בריאקציה2 . מנגנוני בקרה :בקרה אלוסטרית וקוולנטית -זרחון של האנזים ב 2-מקומות ,בכל תת יחידה .קיימים גם אפקטורים אלוסטריים .הזרחון נמצא בבקרה הורמונלית והם קובעים את זרחון האנזים .יש הבדל בבקרה בין שרירים וכבד .הבדלים אלו נקבעים ע"י הספציפיות של כל אחד מהם .תפקודים של שרירים וכבד קובעים את הבקרה האלוסטרית בכל רקמה .יש שיירי Serבכל תת יחידה שעוברים זרחון .זרחון בנק' אחת גורם לשינוי קונפורמציית החלבון .זמינות האתר הפעיל משתנה בעת הזרחון .פוספורילאז -aמצב מזורחן של האנזים ,האתר הפעיל פתוח והאנזים פעיל -מצב .Rפוספורילאז -bמצב לא מזורחן ,האתר הפעיל סגור והאנזים לא פעיל -מצב .Tפוספורילאז קינאז מזרחן את פוספורילאז b. 2צורות האנזים יכולות להיות במצב הפעיל Rאו במצב הלא פעיל ,Tההבדל הוא שבמצב מזורחן השוו"מ מוסט לכיוון Rובמצב לא מזורחן מוסט למצב .Tבנוסף למודיפיקציה קוולנטית ,בשריר (פוספולירז bרגיש לשינוי בין מצב Tל )R -בקרה אלוסטרית מתרחשת ע"י חומרים המעורבים במטבוליזם אנרגטי .ריכוז גבוה של ATPוגלוקוז -6פוספט מייצבים את המצב הלא פעיל T. AMP שמופיע במצבים אנרגטיים לא טובים מייצב את המצב הפעיל .Rבשריר ATP :הוא מבקר אלוסטרי שלילי של פוספורילאז bאשר פעיל רק בריכוזים גבוהים של .AMPגלוקוז -6פוספט גם הוא מעכב .פוספורילאז bפעיל רק כאשר האנרגיה בתא מאוד נמוכה .אדנילאט קינאז מזרז את הריאקציה→ ATP + AMP : ← 2 ADPברגע שרמת ATPיורדת ורמת ADPעולה מתרחשת הריאקציה .במצב תקין היחסים ביניהם 100:10:1כך ששינויים בריכוז AMPמאוד רגישים למצב האנרגטי של התא ,מה שהופך אותו לאפקטור אלוסטרי יעיל מאוד .בכבד (פוספורילז Aרגיש לשינוי) פוספורילאז aפעיל באופן מלא ללא קשר לרמת ,ATP, AMPוגלוקוז -6פוספט .בכבד :שונה בשני גורמים AMP )1 -אינו משפעל את פוספורילאז )b. 2 פוספורילאז aעובר למצב בלתי פעיל ע"י הקשרות גלוקוז ( מ R-ל .)T-פוספורילאז קינאז מזרחן את האנזים.1200KD, הפעלת האנזים מתרחשת ע"י זרחונו בעזרת פרוטאין קינאז a PKAהמופעל ע"י הורמון אפינהפרין המתחיל מעגל .CAMPפוספורילאז קינאז מורכב מ 4-תת יחידות .α,β,γ,δאתר קטליטי בתת-יחידה γשאר היחידות לבקרה.זרחון בתת יחידה βגורם לשפעול חלקי של האנזים .שפעול חלקי נוסף מתרחש בעת עלייה בריכוז Ca+2בתת יחידה δשהיא בעצם החלבון קלמודולין המשופעל ע"י סידן בריכוז של ( 1uMגירוי חשמלי גורם לעלייה בריכוז) .רק 2הפעולות ביחד נותנות פוספורילאז קינאז פעיל .אין חשיבות לסדר השפעול .עלייה בריכוז יוני סידן תגרום ליותר פירוק של גליקוגן (האנזים פעיל יותר).אדנילאט ציקלאז מפעיל תהליך פוספורוליזה -עיכוב אדנילאט מעכב פירוק גליקוגן. סינתזת גליקוגן :כמו בריאקציות אחרות הסובסטרט של גליקוגן סינטאז כבר משופעל .הסובסטרט הוא חיבור של UTP וגלוקוז -1פוספט לקבלת גלוקוז UDP-ו .PPi-הגלוקוז מאוקטב ויכול לעבור לפולימר כמעט בלי שינוי ב .ΔG -הריאקציה הפיכה ומה שקובע את הכיווניות זה הידרוליזה של פירופוספט ל 2-אורתופוספט ע"י פירופוספטאז ולכן התגובה הכללית . G 1 P UTP H 2O UDP glucos 2 Piגליקוגן סינטאז מזרז את ריאקציית הפלמור מ גלוקוז UDP-לגליקוגן. יחידת הגלוקוז הפעילה מועברת לקב' הידרוכסיל של פחמן 4בקצה של גליקוגן ונוצר קשר גליקוזידי (, α)4-1יכול להוסיף יחידות גלוקוז רק אם שרשרת הפוליסכריד מכילה יותר מ 4 -יחידות סוכר-יש לו פריימר .הפולימר הקצר הראשון מופיע כתוצאה מפעילות החלבון גליקוג'נין המייצר את הפריימר .זהו חלבון שיכול לקשור קוולנטית גלוקוז כמונומר לשייר ה- Tyrבקב' פנול הידרוכסיל ספציפית בכל תת יחידה 2 .תת היחידות של החלבון עוזרות לבנות את השרשרת ולאחר שהשרשרת מספיק ארוכה 2תת היחידות מתפרקות .בכל חלקיק של גליקוגן ,לא משנה כמה נקי הוא ,אפשר למצוא חלבון וניתן לצבוע אותו בצורה ספציפית .חלבון זה הוא גליקוג'נין שמחובר באופן קוולנטי לגליקוגן .כאשר השרשרת הליניארית מספיק ארוכה מתחיל לעבוד Branching Enzymeגליקוגן טרנספראז -בונה ענפים .הענף נוצר ע"י שבירת קשר ()1-4 αויצירת קשר ( α .)1-6האנזים לוקח 7מונומרים מהקצה ,חותך אותם מהשרשרת ומעביר אותם לענף בקשר (.α)6-1 החלק המועבר חיב לכלול את הקצה הלא מותמר וחייב להגיע משרשרת של לפחות 11יחידות סוכר ,ענף חדש שנוצר חייב להיות מרוחק בלפחות 4יחידות מענף קיים.הסתעפות חשובה מאוד כיוון שיוצרת מס' רב של יחידות קצה שהם אתרי הפעילות של האנזימים של פירוק ויצירת גליקוגן וכך מגדיל את קצב סינתוז או פירוק הגליקוגן .גליקוגן סינטאז יכול להאריך כעת גם את הענף וגם את השרשרת .בקרה של גליקוגן סינטאז :אנזים מפתח שנמצא תחת בקרה הורמונלית ואלוסטרית .גלוקוז הוא עובר זרחון בכמה מקומות ,בעיקר זרחון מסיבי ב C-טרמינל וזרחון פחות מסיבי ב N-טרמינל ,כך שיש שינוי רציני במטען החלבון .גליקוגן סינטאז במצב המזורחן הופך ממצב aל b-שאינו פעיל בדר"כ!! ,מצב Bפעיל כאשר יש ריכוז גבוה של G-6-Pאפקטור אלוסטרי חיובי של מצב , bצורה aפעילה ללא תלות ב.G-6-P -ההורמון שמשפעל פירוק חייב לשתק סינתזה .זרחון גורם לפירוק להיות פעיל ולסנתוז להיות לא פעיל .הורדת זרחן מסיימת את פעילות והשפעת ההורמון -גליקוגן פוספורילאז וסינטאז הופכים ללא מזורחנים כתוצאה מפעילות פרוטאין פוספטאז ( 1 )PP1קומפלקס בעל 3יחידות :תת יחידה קטליטית ,PP1 37KDתת יחידה רגולטורית ( RG1נקשרת לגליקוגן וכך מקרבת יחידה קטליטית לסובסטרטים שלה -אנזימי הגליקוגן) .123KDויחידת מעכב 1תת יחידה קטנה רגולטורית , כאשר היא במצב מזורחן היא מעכבת את .PP1כאשר אין צורך בפירוק גליקוגן PP1יעשה דפוספורילציה ויפסיק פירוק גליקוגן PP1 .גורם לדפוספורילציה של גליקוגן סינתאז ומשפעל אותו ,כך שבעצם עיכוב הפירוק הוא מגביר סינתזהPKA. אחראי על פוספורילציה של פוספורילאז קינאז וכך תורם לפירוק גליקוגן .בו זמנית הוא מעכב את PP1ע"י פוספרילציה של RG1מונע ממנו להקשר ליחידה קטליטית מה שמונע קישור הסובסטרט ליחידה הקטליטית,בנוסף פוספולירציה של מעכב 1חוסמת קטליזה ע"י . PP1גם אנזים זה נמצא תחת בקרה הורמונלית :ברגע שיש אפינפרין יש שפעול של PKA ומשאיר את הפוספורילאז לא פעיל והסינטאז פעיל .כשאין אפינפרין אין שפעול של .PKAקשירת אינסולין לרצפטור טירוזין קינאז מובילה לשרשרת פוספולירציה של חלבונים שבעקבותיה משופעל אינסולין סנסטיב פרוטאין קינאז המזרחן תת יחידה RG1של PP1באתר שונה ,בניגוד לאפינפרין הוא הופך את PP1ליותר פעיל. מעבר סיגנל מהורמון לפירוק גליקוגן :פעילות שרירים גורמת לשיחרור של אפינפרין –גורם לפירוק גליקוגן בשריר ,ברמה נמוכה בכבד .הכבד מגיב יותר לגלוקוגון שנאגר בקיבה ומשוחרר בתנאי רעב.1 .אפינפרין וגלוקגון נקשרים לרצפטורים 7TMספציפים בממברנה החיצונית של תאי השריר או הכבד .אפינאפרין נקשר ל β-אדרנג'יק רצפטור בשריר וגלוקוגון לגלוקוגון רצפטור בכבד .הקישור משפעל את תת יחידה αשל חלבון Gsעקב שינוי מבני החל בממברנה ובחלבון בעקבות קשירת הורמון לרצפטור שלו GTP .2 .נקשר לתת יחידה αחלבון Gsשבצורת αGTPמשפעל אדנילאט ציקלאז-חלבון טרנסממברנלי המזרז יצירת שליח שניוני cAMPמ ATP . 3. cAMP -הוא קופקטור חיובי המשפעל חלבון PKAע"י קישור של cAMPליחידות הרגולטוריות של החלבון היחידות הרגולטוריות מתפרקות מהקטליטיות שעתה פעילות.4 . PKAמזרחן את תת יחידה βשל פוספורילאז קינאז ואת גליקוגן סינטאז .זרחון זה מפעיל את פוספורילאז ובאופן סימולטני מעביר את גליקוגן סינטאז לצורתו הלא פעילה.בכבד קצת יותר מסובך :אפיהפרין יכול לגרום לפירוק גליקוגן בכבד אך בנוסף לכך הוא נקשר לרצפטור נוסף ל -ל α-אדרנג'יק רצפטור אשר משפעל פוספוליפאז Cשמאתחל מעגל שונה שבמהלכו יש עלייה בריכוז אינוזידול 1,4,5טריפוספט ושחרור של יוני סידן מה ER -מה שגורם לשפעול חלקי של פוספורילאז קינאז .קישור סימולטני של גלוקוגון והפינפרין גורם לפירוק גליקוגן מקסימלי בכבד .הפסקת הסיגנל.1 : פעילות GTPaseשל חלבון .G. 2בנוסף התאים מכילים אנזימים פוספודיאסתראז שהופכים cAMPל.ATP. 3-חלבון PKAמוסיף קב' פוספריל לתת יחידה αשל פוספוליראז קינאז לאחר זרחון ראשון של ,βהפוספורילציה גורמת לאנזים להיות סובסטרט יותר טוב לדהפוספורילציה ולהפיכתו למצב לא פעיל ע"י האנזים PP1הנקשר חזק לפוספורילאז aאך הוא במצבו הפעיל רק לאחר הקשרות של גלוקוז אז הוא מסיר את קב' הפוספוריל והופך אותו למצב לא פעיל bבעל אפיניות נמוכה PP1שמשתחרר ובעקבות כך יש שפעול של גליקוגן סינתאז -וכך רמת הגלוקוז בדם משפיעה על המטבוליזם של גליקוגן.אינסולין מגביר את סינתזת גליקוגן בעוד שגלוקגון ואפינפרין מזרזים את פירוקו. שאלות -1:אם ניצלנו את כל הגליקוגן בשריר האם אפשר לסנתז גלוקוז דרך גלוקונאוגנזה? לא .צריך אנזים גלוקוז -6 פוספטאז שאיננו נמצא בשריר-2 .לכמות מקסימלית של גלוקוז נדרש שפעול גליקוגן פוספורילז,פרוקטוז ביפוספטאז, ועיכוב פוספופרוקטוקינז וגליקוגן סינתז. מעגל קרבס /מעגל חומצת הלימון: למטאבוליזם 3כניסות עיקריות :שומנים ,חלבונים ,סוכרים .בשלב שני המסלולים מתחברים בצומת אחת שבאמצעה עומד אצטיל .CoAומהצומת לא ניתן לדעת מהיכן הגיע האצטיל ל .CoA -בשלב השלישי -השלב האירובי .מכונת עיבוד של אצטיל CoAהוא מעגל קרבס CoA .הוא קופקטור שתפקידו לשפעל קב' המחוברת אליו -הכי נפוצה אצטיל .שפעול=עלייה באנרגיה חופשית .השלב של כניסת פירובט למעגל קרבס ומעגל קרבס נמצאים במיטוכונדריה -במטריקס. מעגל זה הוא קטבולי ואנאבולי .תפקידו לייצר נשאי אלקטרונים .בתאים אאוקריוטים ,מעגל קרבס נמצא במיטוכונדריה והגליקוליזה בציטוזול .הקשר בין הגליקוליזה למעגל קרבס הוא דקרבוקסילציה אוקסידטיבית של פירובט ( מועבר למיטוכונדריה ע"י אנטיפורטר) המתרחשת בתוך המטריקס: pyruvat + CoA + NAD + תהליך בלתי הפיך המזורז ע"י הקומפלכס פירובט → acetylCoA + CO 2 + NADH דהידרוגנאז .תגובה נטו של המעגל: + acetylCoA + 3NAD + FAD + GDP + Pi + 2 H 2 O במעגל → 2CO2 + 3NADH + FADH 2 + GTP + 2 H + + CoA קרבס מתרחשות 4תגובות חמצון-חיזור .ריכוז אוקסלואצטט לא משתנה במהלך התג' ,כמו כן אצטיל .CoAבמהלך התג' רק אצטיל CoAמתחמצן ל CO2-וכל שאר החומרים מתמחזרים .שני אטומי הפחמן העוזבים את המעגל שונים מאלו
שנכנסו אלי -נכנסו מקב' האצטיל ויצאו בתור CO2. 4זוגות אטומי מימן עוזבים את המעגל ב 4-תג' חמצון 2.מולקולות +NADמחוזרות בדקרבוקסילציות האוקסידטיביות של איזוציטרט ו α-קטוגלוטרט .מולקולת FADמחוזרת בחמצון סוקצינאט ומולקולת +NADאחת מחוזרת בחמצון מלאט .חמצן -מקבל אלקטרונים אולטימטיבי .מעגל קרבס זהו תהליך אאירובי בלבד וזאת כיוון ש +NAD-ו FAD-יכולים להיווצר במיטוכונדריה רק דרך מעבר אלקטרונים לחמצן מולקולרי. שלב :1אוקסלואצטט ( 4פחמנים) ,אצטיל CoA (2פחמנים) ומים מגיבים ליצירת ציטרט ( 6פחמנים) ו .CoA-ציטרט סינתאז :אוקסלו אצטט מגיב תחילה עם אצטיל CoAליצירת ציטריל CoAמבנה ביניים תיאואסטרי בעל אנרגיה גבוהה ולכן הידרוליזה זו מושכת את התג' לכיוון סינתזת ציטרט והסרת CoAהיא רק לאחר שינוי קונפורמציה.זו בקרה .זה שלב בעל Gשלילי והוא לא הפיך.שלב :2ציטרט עובר איזומריזציה לאיזוציטרט .האיזומריזציה מתרחשת על מנת לאפשר לציטרט לעבור דקרבוקסילציה אוקסידטיבית .היא מתרחשת ע"י שלב דהידרציה ואחריו הידרציה ,בעצם יש החלפה פנימית של +Hו .-OH-שני שלבים אלו מזורזים ע"י אקוניטאז אנזים עם קבוצה פרוסטטית ברזל-גפרית .מסביב הרבה ציסטאינים .שלב :3איזוציטראט עובר חמצון עם +NADלקבלת -αקטוגלוטראט ,ואח"כ משתחרר CO2ו .2NADH-שלב חמצון חיזור ראשון .אוקסלוסוקצינט הוא חומר ביניים בתג' זו .האנזים המזרז ריאקציה זו הוא איזוציטרט דהידרוגנאז,שהוא גם אחת מנקודות הבקרה .זהו השלב הקובע קצב במעגל וגם זה שלב בלתי הפיך .שלב -α :4 קטוגלוטראט מגיב עם +NADו( CoA-קופקטורים) בתג' דקרבוקסילציה אוקסידאיבית שנייה לקבלת סוקציניל CoA, CO2ו .2NADH-תג' זו מזורזת ע"י האנזים -αקטוגלוטראט דהידרוגנאז (הומולוגי לפירובט דהידרוגנאז אותו מכניזם). שלב בלתי הפיך עם Gשלילי .שלב :5סוקציניל CoAמגיב עם Piו GDP-לקבלת סוקצינאט GTP ,ו( CoA-תג' שוו"מ). סוקציניל CoAהוא תרכובת תיואסטרית עתירת אנרגיה .חיתוך הקשר האסטרי של תרכובת זו מצומד לפוספורילציה של .GDPזהו השלב היחיד במעגל אשר מפיק באופן ישיר קשר פוספטי עתיר אנרגיה .התגובה מזורזת ע"י סוקציניל CoA סינתאז -הטרודימר α2β2שלב 1בתג' החלפה של CoAב Pi-ויצירת מבנה ביניים בעל פוטנציאל אנרגיה גבוה סוקציניל- פוספט ,שייר היסתדין מתת יחידה αמסיר את קב' הפוספוריל ויוצר סוקצינט ופוספוהיסתדין ,שייר הפוספוהיסתדין מתנדנד לעבר GDPהקשור בתת יחידה βוקב' הפוספוריל מועברת ליצירת . GTPשלב :6אוקסלואצטט נוצר מחדש ע"י חמצון סוקצינאט .סוקצינאט מותמר לאוקסלואצטט ב 3-צעדים)1 :שלב חמצון בו סוקצינאט הופך לפומראט FAD .מקבל 2מימנים בשלב זה כיוון ששינוי האנרגיה החופשית אינו מספיק לחזר .+NADמזורזת ע"י סוקצינאט דהידרוגנאז – אנזים השייך גם למעגל וגם לשרשרת מעבר אלקט'.חלבון ברזל-גפרית ,מעוגן ישירות לממברנה פנימית במיטוכונדריה ומשתתף ישירות בשרשרצ העברת e, FADקב' פרוסטטית לא עוזב את האנזים )2שלב הידרציה בו פומראט הופל ל-L -מלאט. האנזים הוא פומראז -מזרז הידרןליזה של הקשר הכפול )3 .שלב חמצון נוסף בו -Lמלאט ו +NAD-מגיבים לקבלת אוקסלואצטט NADH ,ו( +H -תג' שוו"מ) ריאקציה יחידה בעלת אנרגיה חופשית חיובית במעגל החמצון קורה עקב העלמות התוצרים .תגובה זו מזורזת ע"י מלאט דהידרוגנאז +NAD .הוא שוב פעם מקבל האלקטרונים NADH .וFADH2- עוברים לממברנה הפנימית של המיטוכונדריה ושם מתחמצנים ע"י .O2תוך כדי חמצון יש צימוד לזרחון .התוצרים העיקריים של מעגל קרבס 8 :אלקטרונים .קרבוקסילציה של פירובט :תג' המזורזת ע"י פירובט קרבוקסילאז .פירובט עובר לאוקסלואצטט ,משמעות -חידוש מעגל קרבס .פירובט דהידרוגנאז :זהו קומפלכס המורכב מ 3-סוגי אנזימיםE1, E2, E3: ו 5-קואנזימים :תיאמין פירופוספט ( ,)TPPליפואמיד FAD -CoA,ו .+ NAD-קיימים 4שלבים בהמרת פירובט לאצטיל )CoA: 1פירובט ו TPP-מגיבים לקבלת hydroxyethyl-TPPן .CO2-תג' זו מזורזת ע"י .E1טבעת טיאזול של ( TPPב)E1- הינה טבעת חומצית ולכן יוצרת קרבאניון אשר מצרף ברצון קב' קרבוניל של פירובט .הוספה זו מלווה בדקרבוקסילציה של פירובט ומתקבל הידרוקסיאתיל )TPP. 2-קב' ההידרוקסיל המחוברת ל TPP-מחומצנת ליצירת קב' אצטיל ומועברת לליפואמיד .המחמצן הוא קב' הסולפיד של ליפואמיד אשר מומרת לצורת סולפהידריל .מזורזת ע"י E1ונוצר אצטיל ליפואמיד )3 .קב' האצטיל מועברת ל CoA-ליצירת אצטיל .CoAדהידרוליפויל טרנסאצטילאז ( )E2מזרז תג' זו )4 .הצורה המחומצנת של ליפואמיד נוצרת מחדש ע"י דהידרוליפויל דהידרוגנאז ( E3). 2אלקטרונים מועברים ל( FAD -קב' פרוסטטית של האנזים) ואז ל .+NAD-הקומפלכס פירובט דהידרוגנאז גדול מריבוזום ,מסתו ~ .5000kDaמורכב מ3- אנזימים שהאינטגרציה שלהם מאפשרת קטליזת ריאקציה מורכבת .קומפלכס זה הומולוגי ל-α -קטוגלוטראט דהידרוגנאז. בקרה קוולנטית פוספורילציה של E1בקומפכלכס ע"י קינאז ספציפי מפסיקה את פעילות הקומפלכס ,הפעלה מחודשת מושגת ע"י פוספטאז ספציפי .הגברת היחסים NADH/NAD+, CoA/acetylCoA, ATP/ADP :מקדמת פוספורילציה וכך גם את הפסקת פעילות הקומפלכס .פירובט ו ADPמשפעלים את ההידרוגנאז ע"י עיכוב הקינאז ,בעוד ש +Ca2-עושה זאת ע"י שפעול הפוספטאז .פירובאט דהידרוגנאז "מכובה" כאשר יש הרבה תוצרי ביניים והאנרגיה גבוהה .אינסולין -מאיץ את המרת פירובט לאצטיל CoAע"י המרצת דפוספורילציה של הקומפלכס .בקרה אלוסטרית של האנזים :הקומפלכס- ATPמעכב ו AMPמשפעל -E2 .אצטיל CoAמעכב ו CoAמשפעל E3- NADH .מעכב ו +NAD-משפעל .בקרה של המעגל :שלב בקרה חשוב בבקטריה -סינתזת ציטרט מאוקסלואצטט ואצטיל CoA. ATPמעכב אלוסטרי של ציטרט סינתאז .שלב בקרה נוסף -איזוציטרט דהידרוגנאז הוא אנזים המשופעל אלוסטרית ע"י ( ADPמגדיל זיקה לסובסטרט). קשירת איזוציטרט +NAD+, Mg2 ,ו ADP-קואופרטיביות באופן הדדי .בניגוד NADHמעכב איזוציטרט דהידרוגנאז ע"י החלפת +NADבאופן ישיר ATP .מעכב +NAD .ו FAD-זמינים רק כאשר האנרגיה נמוכה .שלב בקרה שלישי-α - קטוגלוטראט דהידרוגנאז ,סוקציניל CoAו NADH-מעכבים -תוצרי התג' המזורזת ע"י האנזים .כמו כן מעוכב ע"י רמת אנרגיה גבוהה .כאשר רמת האנרגיה בתא גבוהה ,קצב המעגל פוחת וכמו כן מעבר דוגמאות של 2פחמנים למעגל (הבאים מאצטיל * .)CoAתג' נוספת שיכולה ליצור אוקסלואצטט מפירובט -גלוקונאוגנזה! מחלת ברי ברי :נגרמת מחוסר בתיאמין- ויטמין .B1הגוף לא יכול לסנתז ויטמינים .מחלה זו גורמת לחוסר תפקוד של הקומפלכס ,חוסר יכולת ליצור אנרגיה. העצבים נפגעים ממחלה זו .ציטרט סינתאז :דימר 2תת יחידות זהות כל אחת .49KDבמהלך הקטליזה האנזים עובר שינויים קונפורמציוניים מהותיים .תחילה נקשר אוקסלואצטט ואח"כ אצטיל .CoAהסיבה לסדר ההקשרות- אוקסלואצטט מגדיל התארגנות מבנית גדולה אשר מובילה להווצרות אתר קשירה לאצטיל CoAומונע הידרוליזה של אצטיל * .CoAאנזים אסימטרי אשר תוקף תרכובת סימטרית יכול להבחין בין 2קב' זהות של אותה התרכובת .ארסנט: בעל התאמה סטרית לח' ליפוית במצב מחוזר ,מחזר וגורם לאנאקטיבציה של הקומפלכס .דומה למחלה ברי ברי .שאלות: אכלת הרבה חומצות שומן ומעט פחמימות,איך תסביר קצב עליית חמצון CoAוירידת חמצון גלוקוז?חומצת שומן היא אבן בניין נוספת של אצטיל CoAאז הריכוז שלו עולה והוא נכנס למעגל קרבס.אך הוא לא יפעל בלי האוקסלואצטט שגם הוא נוצר כי האצטיל ממריץ אנזים שיוצר אוקסלו' .ירידה בחמצון גלוקוז כי ציטראט מעכב אנזים פוספופרוקטוקינז בגליקוליזה והיא מואטת ויש פחות חמצון גלוקוז. פוספורילציה אוקסידטיבית: תהליך שבמהלכו מסונתזת רוב האנרגיה בתאים אאירובים (יש שיתוף ,)O2זהו מנגנון ליצירת רוב ATPבמע' חיות .בתאים אאוקריוטים -מתרחשת במיטוכונדריה .הממברנה החיצונית של המיטו' מכילה חלבונים המכילים פורינים .הם בונים תעלות אניוניות ,גדולות ולא סלקטיביות שמעניקות חדירות לממברנה החיצונית .ממברנה זו אינה חדירה לחלבונים .אחד התפקידים החשובים של המיטו' זה אפופטוזיס -מוות מבוקר של תאים אאוקריוטים .אחד מהחלבונים הקטנים (ציטוכרום )Cיוצא מהמיטו' ,גורם מרכזי להמשך מנגנון מוות מבוקר של התא .מתרחש בגלל פתיחה של חור גדול שחדיר לחלבונים. הממברנה הפנימית מקופלת מאוד על מנת להגדיל את שטח הפנים (הגברה כמותית של מע' פוספורילציה אוקסידטיבית). מכילה גם את החלבונים ששיכים לשרשרת מעבר .-eהמטריקס מכיל את מעגל קרבס ,כל האנזימים ששיכים למעגל נמצאים במטריקס .המטריקס מכיל גם DNAמיטוכונדריאלי שמקודד חלק מהחלבונים .הממברנה הפנימית לא חדירה בקלות לחלבונים ואינה חדירה ליונים .לכל דבר הצריך להכנס למטריקס יש נשאים ספציפיים .בממברנה מיטוכונדריאלית הקטיון המספק אנרגיה למעבר חומרים הוא ,+Hיש ניצול של גרדיאנט פרוטונים .תפקיד המיטו' הוא לספק את השלב האחרון בהתמרת אנרגיה .יש שרשרת העברת -eמהנשאים NADH, FADH2אל החמצן .במעגל קרבס מקבלים 8NADH, .2FADH2כמו כן מקבלים 6CO2ורק ( 2ATPבנוסף ל 2ATP -שנוצרו בגליקוליזה) .בשלב הבא נכנסים ה -eלשרשרת, האנרגיה שלהם מנוצלת והיא הולכת לסינתזה של ,32ATPמתוך 36מולקולות שניתן לקבל ממולקולת גלוקוז אחת .רוב האנרגיה מתקבלת בשלב האחרון .למולקולות שמוסרות -eיש פוטנציאל חיזור גבוה ולמולקולות המקבלות -eיש פוטנציאל חיזור נמוך .שרשרת מעבר -eזוהי שרשרת ריאקציות חמצון חיזור בהשתתפות נשאים שונים .מעבר -2eמ NADH -לחמצן נותן אנרגיה של .Kcal/mol 52ע"י שבירת השרשרת למס' ריאקציות יש איבוד אנרגיה .הדבר טוב לתא כי אם נשחרר כמות רבה של אנרגיה התא יישרף .המטרה היא לשחרר אנרגיה במנות אותן ניתן לעבד ולנצל היטב .בשרשרת יש כמה קומפלכסים שכל אחד בנוי מכמה תתי יחידות ומכמה קב' פרוסטטיות :קומפלכס I: NADHדהידרוגנאז -מקבל -eמ- .NADHקומפלכס :IIסוקצינאט Q-רדוקטאז -דרכו נכנס סוקצינאט לשרשרת .קומפלכסים Iו II-מעבירים אלקטרונים ליוביקיונון (-Qנשא) .ניתן להתחיל את השרשרת מ 2-כיוונים NADHוסוקצינאט Q .מעביר לקומפלכס III: Q-Cyt C אוקסידורדוקטאז .קומפלכס IIIמעביר ל ,Cyt C-נשא קטן ,חלבון מסיס .הוא הקישור בין קומפלכס IIIל .IV-קומפלכס :IVציטוכרום Cאוקסידאז והוא מעביר לחמצן .קומפלכסים 1,3,4מעבירים פרוטונים אל מחוץ למטריקס ויוצרים גרדיאנט פרוטונים על הממברנה הפנימית (קומפלכס 2לא מעביר פרוטונים) .לנשאים חלק כרומופורי -בעלי בליעה .בליעתם משתנה בהתאם למצב חמצון-חיזור שלהם .ככל שחומר מחוזר יותר בליעתו עולה .נשא שקרוב יותר לסובסטרט יהיה מחוזר יותר .כתוצאה ממעבר ה -eויצירת גרדיאנט פרוטונים יש שפעול של קומפלכס V: ATPסינתאז המייצר .ATPנוצר מפל אלקטרוכימי של פרוטונים על הממברנה .קומפלכס :Iבצורת ,Lזרוע אנכית שנמצאת במטריקס וזרוע הידרופובית . NADH Q 5H matrixבתחילה NADHנקשר NAD QH 2 4 H cytosol הנמצאת בתוך הממברנה .הריאקציה המזורזת: לאתר קשירה שנמצא על הזרוע במטריקס ומעביר -eל ( FMNקב' פרוסטטית של הקומפלכס) והופך לצורתו המחוזרת -FMNH2. eאלו מועברים ל 3 -מרכזים של ( 4Fe-4Sחלבוני גפרית ברזל שהם הקב' הפרוסטטית השנייה של הקומפלכס). יוני הברזל בחלבונים יכולים להיות במצב מחוזר Fe+2או במצב מחומצן .Fe+3קב' ברזל-גפרית עוברות ריאקצית חמצון חיזור ללא שחרור פרוטונים -e .מקב' ברזל גפרית מועברים ל .CoA-Q -מעבר ה -eמ NADH-ל Q-בקומפלכס Iגורם לשאיבה של +4Hאל מחוץ למטריקס .חיזור Qל QH2-נוצר כתוצאה של יציאת 2פרוטונים מהמטריקס .זוג ה -eשקשור ל- QH2מועבר ל 4Fe-4S-והפרוטונים משוחררים לצד הציטוזולי .משם עוברים ה -eל Q-נייד בתוך הממברנה ההידרופובית, שנוצר עקב יציאה של -2eמהמטריקס לציטוזול .קומפלכס :IIחלבון ממברנלי אינטגרלי שנמצא בממברנה הפנימית של המיטו' FADH2 .לא עוזב את הקומפלכס אלא ה -eמועברים למרכז Fe-Sואז ל Q-ומשם נכנסים לשרשרת .בניגוד לקומפלכס Iלא גורמים להעברת פרוטונים .משאבת הפרוטונים השנייה בשרשרת היא קומפלכס :IIIציטוכרום הוא חלבון שמעביר -eומכיל קב' פרוסטטית . QH 2 2CytCox 2 H matrix Q CytCred 4 H cytosol .Hemeהקומפלכס הוא דימר המכיל 11תת יחידות .מכיל בסה"כ 3קב' Hemeשנמצאות בשתי תת יחידות CytbH, CytbL, Cytc1. bL :עבור אפיניות נמוכה ו bH-עבור אפיניות גבוהה והם נמצאים ב .Cytb-הסוג ה c 3-נמצא ב .Cytc1-בנוסף לקב' ה Heme-האנזים מכיל קב' ברזל-גפרית עם מרכזי .2Fe-2Sמרכז זה נקרא .Rieske centerהקומפלכס מכיל 2אתרי קישור ייחודים עבור Qשנקראים Qo, Qi. Qiנמצא קרוב יותר לצד הפנימי של המטריקס .מעגל ה :Q-המכניזם של מעבר ה -eמ Q-ל .CytC-המעגל מתחיל כאשר QH2נקשר לאתר Qo. QH2מעביר בכל פעם .-1eהוא עובר תחילה למרכז rieskeואז ל Cytc1-ובסופו של דבר למול' Cytcמחומצנת והופך אותו לצורתו המחוזרת Cytc .המחוזר חופשי לעזוב את האנזים בצורה זו .האלקטרון השני מועבר תחילה ל CytbL-ואז ל CytbH-ובסופו של דבר ל Q-הקשור באתר .Qiעקב קבלת ה -eה Q-מחוזר ל .-∙Qכאשר QH2באתר Qoמחומצן ל Q-הפרוטונים שלו משתחררים לצד הציטוזולי של הממברנה .מול' ה Qשבאתר Qoחופשיה לעזוב את האתר. בשלב זה -∙Qנמצא באתר .Qiמול' שניה של QH2נקשרת לאתר Qoומגיבה באותה הדרך כמו הראשונה .אחד מה -eמועבר למרכז rieskeואז ל Cytc1-ומועבר משם לחיזור מול' שניה של .Cytcהאלקטרון השני עובר ל CytbL-ואז ל ,CytbH-ל ∙Q
+ שקשור באתר .Qiבעת הוספת האלקטרון השני רדיקל הקיונון לוקח +2Hמהצד של המטריקס ויוצר .QH2הורדה של 2H אלו תורמת ליצירת גרדיאנט הפרוטונים .בסוף מעגל ה Q 2-מול' QH2מחומצנות ליצירת 2Qומול' אחת של Qמחוזרת ל- QH2, 2מול' Cytcמחוזרות +4H ,משוחררים לצד הציטופלסמטי ו +2Hמועברים מהמטריקס ל .-∙Qהשלב הסופי של השרשרת הוא חמצון של Cytcמחוזר שנוצר בקומפלכס ,IIIשלב זה מצומד לחיזור של O2ל .2H2O-ריאקציה זו מזורזת ע"י קומפלכס :IVמכיל 2קב' Heme (aו )a3-ו 3-יוני נחושת .המרכז בעל 2יוני נחושת נקרא CuA/CuAוהוא מקבל ה -eמ- Cytcהמחוזר 2 .מול' Heme Aנקראות Heme aו Heme a3-והן בעלות תכונות שונות כיוון שהן ממוקמות באופן שונה בקומפלכס .התפקיד של Heme aהוא להעביר -eמ CuA/CuA-בעוד שהתפקיד של Hemea3זה להעביר -eל( CuB-המרכז בעל יון הנחושת הנוסף) Hemea3 .ו CuB-יוצרים ביחד את המרכז הפעיל שבו O2מחוזר ל .H2Oהריאקציה הכללית שמקוטלזת ע"י קומפלכס IVהיא . 4CytCred 8 H matrix O2 4CytCox 2 H 2O 4 H cytosol :חמצן מולקולרי הוא מקבל e טרמינלי אידיאלי כיוון שהוא בעל אפיניות גבוהה ל -eולכן יוצר כוח מניע תרמודינמי גדול .אם מתחילים מסוקצינאט אז מדלגים על פעילות קומפלכס 1ויש יציאה של פחות מימנים ,כלומר פחות ייצור .ATPאנרגיית -eמנוצלת לטרנספורט אקטיבי דרך הממברנה ,פרוטונים עוברים מצדו הפנימי של המטריקס החוצה ונוצר פוטנציאל מעבר פרוטונים .המפל מורכב מ 2-חלקים :ריכוזי וחשמלי 2 ,החלקים שונים מבחינה אנרגטית והם "לוחצים" על הפרוטון לחזור אל תוך המטריקס .הקומפלכס ATPסינתאז מנצל את מפל הפרוטונים ליצירת ATP. ATPסינתאז מורכב מ 2-תת יחידות.Fo, F1 - כאשר מפרידים ביניהן ניתן לראות שאין סינתזת ATPושרשרת הנשימה פועלת יותר מהר .כלומר ,אין צימוד בין מעבר e לסינתזת .ATPפקטור F1אחראי על סינתזת .ATPבנוסף קיימים מעכבים כגון אוליגומיצין שמעכב את שלב הפוספורילציה .קצב מעבר -eרגיש לאוליגומיצין (הוא משפיע על Foולא על .F1המנגנון יכול לעבוד רק במקרים בהם חדירת פרוטונים איננה פסיבית-ספונטנית ,במקרה זה גרדיאנט הפרוטונים לא יחזיק מעמד .אם הממברנה חדירה ליונים אחרים, הם יכולים לפזר את הפוטנציאל החשמלי על הממברנה ולכן שלמותה הכרחית לפעילות העברת ה -eוצימודם ליצירת .ATP מפר צימוד :כל חומר שיכול להשפיע על חדירות הממברנה ליונים DNP-2,4 .בנוכחות נשאי :-eמפר צימוד בין מעבר e לסינתזת .ATPיש מעבר -eמזורז אך אין סינתזת ATPאלא הידרוליזת .ATPהוא אינו מעכב את האנזים ATPסינתאז כיוון שהוא מפרק .ATPהחומר מספיק הידרופובי לחדור את הממברנה ומצד שני הוא חומצה חלשה בעלת pKaקרוב לנייטרלי ויכול להיות טעון .הוא לוקח פרוטון בצד אחד של הממברנה עובר אותה ובפנים משחרר את הפרוטון -כך הוא מפזר מפל אלקטרוכימי על הממברנה :FCCP .גם חומצה חלשה הידרופובית עם מסיסות גבוהה בתוך הממברנה .מבחינה תרמודינמית נוצר מפל פרוטונים על הממברנה .את האנרגיה החופשית שנוצרת מהמפל נוכל לחשב לפי: . G 2.3RT ( pH in pH out ) ZF , ADP Pi [ H ]out ATP H 2O [ H ]inמבנה ותפקוד קומפלכס V- ATPסינתאז: קומפלכס גדול שנמצא בממברנה הפנימית .ניתן לזהות 2חלקים עיקריים -חלק בולט F1ולחק ממברנלי Fo (oמגיע מאוליגומיצין ,זהו מקום פעילות של המעכב הספציפי של המשאבה אוליגומיצין .הוא פועל על Foאבל מעכב פעילות הקומפלכס השלם) .ראש הקומפלכס F1פונה למטריקס .ניתן להפריד בין 2החלקים ע"י ריכוז מלח גבוה .משאבת הפרוטונים המעבירה דרך הממברנה פרוטונים בלבד היא מסוג Fובעלת פעילות :ATPase. F1הקומפלכס מורכב מ 9-תת יחידות .3α3βγδεהמשקל המולקולרי של αו β-הוא Kd, γ 50-53עד כ Kd 30-ושל δו :ε 15-20 Kd. F0-חלק ממברנלי, מורכב מ 3-סוגי תת יחידות .a2b(10-14)cמשקל aהוא Kd, b 30הוא Kd 17ו c-הוא .Kd 8יש תת יחידה אחת a, 2תת יחידות bו בין 10-14תת יחידות -cכל אחת היא 2סלילי αהחוצים את הממברנה .מניסויי פירוק והרכבה שלתת היחידות וקריסטלוגרפיה גילו כי המבנה מאוד סימטרי והוא בעל פעילות פונקציונלית .קוטר הראש -12nmמבנה מרחבי גדול. הראש מורכב מ 3α+3β -ומעוגן לממברנה ע"י 2תתי היחידות ,bקיים חיבור מכני ליחידה δבין היחידות וישנו חיבור פונקציונלי של תת יחידה δלתת יחידה .cאתר פעיל :אתר הקישור מורכב מ 2-תתי יחידות .αβפעילות הקומפלכס מבוססת על רוטציה -תנועה סיבובית של חלק ממברנלי בעל צורת רוטור .החיבור בין הרוטור-תת יחידה cל γ-ודרכו ל αβ גורם לסיבוב של הקומפלכס .סינתזת ATPבאתר הפעיל של F1מתרחשת באופן ספונטניADP Pi ATP H 2O . לריאקציה זו ΔGחיובי אך אם נסלק את המים במהלך הריאקציה התגובה תלך לכיוון סינתזת ATPונקבל ΔGשלילי, יהיה קרוב ל 0-כלומר ריאקציה בשו"מ .אם באתר הפעיל ADPו Pi-קשורים ואין נוכחות של מים אז יווצר .ATPכאשר נבדקה הזיקה של נוקליאוטידים לקומפלכס F1שמכיל 3אתרי קישור αβנתגלה כי לכל אתר היכולת להמצא באחת מ3- הזיקות הבאות :אתר )T( 1בעל אפיניות מאוד גבוהה ל ATP-ובמהלך ניקוי של קומפלכס F1מאוד קשה להפטר מATP- באתר זה ולקבל חלבון נקי .אתר )L( 2בעל זיקה בינונית ואתר )O( 3בעל זיקה חלשה ,על בסיס עובדות אלה הוצע Binding :Change Mechanisemבאתר Tמתרחשת ריאקציה ספונטנית של יצירת ,ATPאך הוא קשור חזק ולא יכול לצאת. שחרור ATPמ T-זה שלב הדורש אנרגיה .סיבוב תת יחידה γגורם לפתיחת האתר הפעיל ושחרור של ATPמ T-והפיכתו ל- .Oסיבוב זה גורם לשינוי קונפורמציה המתרחש בכל תת היחידות ,ותת יחידה Lשהחזיקה ADPו Pi-בצורה חלשה נסגרת והופכת ל .T-תת יחידה Oהופכת ל L-ויכולה לקשור ADPו Pi-ו T-הקושרת ATPהופכת ל O-ומשחררת אותו .כלומר תת יחידה Lקושרת ADPו ,Pi-ב T-מתרחשת סינתזת ATPבאופן ספונטני וב O-משתחרר .ATPהשינוי בקונפורמציות הוא נגד כיוון השעון .כל זה כרוך בסיבוב של 1200של תת יחידה γעם כיוון השעון ,כיוון שהקומפלכס הוא הקסמר טריגונלי. *אם השינוי בקונפורמציות T,L,Oמתרחש עם כיוון השעון מדובר בהידרוליזת .ATPהמנוע עובד בעזרת האנרגיה המשתחררת מפירוק .ATPכיצד פרוטונים העוברים דרך Foגורמים לסיבוב של תתי יחידה ?γבתת יחידה cכל שרשרת פוליפפטידית יוצרת זוג של סליל αשחוצה את הממברנה .שייר של Aspנמצא במרכז הסליל השני .כאשר Aspקשורה לחלק ההידרופובי של הממברנה השייר חייב להיות לא טעון .תת יחידה aבנוייה מ 2-חצאי תעלות פרוטונים שלא חוצות את הממברנה .פרוטונים יכולים לעבור דרך תעלות אלו אך לא לחלוטין דרך הממברנה .תת יחידה aנמצאת סמוך לטבעת c כאשר כל חצי תעלה מגיבה עם תת יחידה cאחת .בתעלה הסביבה הידרופילית ולכן שני שיירי ה Aspב 2-תת יחידות c הקשורות לתעלה ,ויתרו על הפרוטונים שלהם וה Aspנמצאות במצבן הטעון .טבעת ה c-לא יכולה להסתובב לשום כיוון משום שזה יגרום לשייר טעון של Aspלהכנס לסביבה הידרופובית .פרוטון יכול לנוע דרך חצי תעלה ולגרום לכך שהAsp - הטעונה תהפוך ללא טעונה .סביר להניח שהפרוטון ינוע בתעלה הקשורה לצד הציטוזולי של הממברנה בגלל שריכוז הפרוטונים שם גבוה פי 25מאשר בצד של המטריקס .דבר זה קורה בשל השרשרת שיוצרת את הגרדיאנט .כניסה של פרוטונים לתוך חצי התעלה בצד הציטוזולי נגרמת גם עקב הפוטנציאל על הממברנה שהוא 0.14v +ומגדיל את ריכוז הפרוטונים קרוב לפתח של חצי התעלה הציטוזולית .אם שייר ה Aspעבר פרוטונציה לצורתו הלא טעונה ,טבעת ה c -יכולה להסתובב אך ורק בכיוון השעון .סיבוב כזה מעביר את השייר של החומצה ליצירת מגע עם הממברנה ומזיז את השייר הטעון שנמצא בחצי התעלה של המטריקס .הפרוטון יכול לעבור דיסוציאציה מה Aspולנוע דרך חצי התעלה אל המטריקס שעני בפרוטונים ולשחזר את המצב ההתחלתי .טבעת ה c-קשורה חזק לתת היחידות γ, εולכן כאשר היא נעה גם תת היחידות הללו נעות בסיבוב בתוך ההקסמר ( )α3β3ביחידה .F1סיבוב תת יחידה γגורם לסינתזת ATPדרך המכניזם שעליו דובר .מס' תת יחידות cמאוד משמעותי משום שהוא קובע את מס' הפרוטונים שחייבים לעבור בכדי לגרום ליצירת מול' .ATPכל סיבוב של 360oשל תת יחידה γגורם לסינתזה ושחרור של .3ATPלכן אם יש 10תת יחידות ,cכל ATPנוצר ע"י העברה של 3.33פרוטונים (עבור כל ATPעוברים 3פרוטונים) .כמה ATPמקבלים ממעבר זוג -eדרך השרשרת? כמות האנרגיה של פעילות כל קומפלכס המעביר פרוטונים מספיקה לסינתזת ATPאחד .המדד לפעילות הוא יחס של Piאחד לחמצן אחד .סה"כ אם מתחילים מקומפלכס Iיחס P/Oהוא 3ונוצרות 3מולקולות .ATPבקומפלכס .II P/O=2ניתן להוסיף חומר התורם -eוכך לגרום לסינתזת -ATPעלייה ב ,pH-עקב פירוק -ATPירידה ב pH. ADP-ATP-טרנסלוקאז: כ 14%-מכלל החלבונים בממברנה הפנימית .טרנספורטר של ATPמהמטריקס אל הציטוזול ושל ADPמהציטוזול למטריקס .המעבר מצומד ,לא יתבצע טרנספורט של ATPאם ADPלא ייקשר ולהיפך ADP .נקשר בצד הציטוזולי עקב מפלי הריכוזים שלו .הנשא משנה קונפורמציה ומשחרר ADPבתוך המטריקס ATP .נקשר ושוב יש שינוי קונפורמציה ו- ATPמשוחרר לציטוזול .חילוף זה יקר מבחינה אנרגטית ,בערך רבע מהאנרגיה שנוצרת ממעבר -eע"י השרשרת נצרכת בכדי ליצור מחדש את פוטנציאל הממברנה שנפגע עקב תהליך החילוף .קצב הפוספורילציה האוקסידטיבית :מעבר e מצומד לפוספורילציה -e .בדר"כ לא עוברים דרך השרשרת ל O2 -אלא אם כן ADPעובר סימולטנית פוספורילציה ל.ATP - פוספורילציה אוקסידטיבית דורשת מלאי של ( NADHאו מקור אחר של -eבעל פוטנציאל גבוה) O2, ADP ,ו .Pi-הפקטור החשוב ביותר בקביעת הקצב הוא רמת ה .ADP -הבקרה הנעשית ע"י רמת ה ADPנקראת בקרה נשימתית .רמת הADP - משפיעה גם על קצב מעגל קרבס בגלל הצורך ב +NAD-וב .FAD-רמת ADPגדלה כאשר ATPנצרך ולכן פוספורילציה אוקסידטיבית מצומדת לניצול .ATPמעכבים :ניתן לעכב את התהליך בכל השלבים .רוטנון ואמיצל חוסמים מעבר e בקומפלכס Iולכן מונעים את ניצול NADHכסובסטרט .מעבר -eשנוצר מחמצון סוקצינאט לא נפגע .אנטימיצין Aמפריע למעבר ה -eמ CytbH-בקומפלכס .IIIמעבר ה -eבקומפלכס IVניתן לעיכוב ע"י ציאניד ( ,)-CNאזיד ( )N-3ופחמן חד חמצני ( .)COציאניד ואזיד מגיבים עם צורת Fe+3של Hemea3בעוד ש CO-מעכב את צורת .Fe+2עיכוב השרשרת מעכב את סינתזת ATPכיוון שלא נוצר כוח מניע של פרוטונים ATP .סינתאז גם כן ניתן לעיכוב .אוליגומיצין ו DCCD-מונעים זרימת פרוטונים דרך ATPסינתאז .כתוצאה מהעיכוב של ATPסינתאז השרשרת מפסיקה לפעול (התהליכים מצומדים). בנוכחות מפר צימוד (כגון ,)DNPמעבר -eמ NADH-ל O2-ממשיך כרגיל ללא הפרעה ,אך לא נוצר ATPע"י ATPסינתאז מיטוכונדריאלי כיוון שהכוח המניע של הפרוטונים בממברנה הפנימית של המיטו' התפזר .מפר צימוד גורם לעלייה בצריכת החמצן וחמצון NADHולכן כמות גדולה של דלק מטאבולי נצרכת ,לא נשמרת אנרגיה בצורת ATPאלא היא משתחררת כחום .בקרת מפר צימוד היא דרך ביולוגית יעילה ליצירת חום ADP-ATP .טרנסלוקאז מעוכב ע"י ריכוז נמוך מאוד של אטראקטילוזיד ו .bongkrekic acid-פוספורילציה אוקסידטיבית נעצרת זמן קצר לאחר הוספה של אחד משני המעכבים, מה שמראה כי ADP-ATPטרנסלוקאז חיוני לתהליך* .אם יש גלוקוז ,הקסוקינאז ו Mg+2מתרחשת התג': , G + ATP → G − 6 − P + ADPיש עודף של ADPשמגיע לקומפלכס 5שם יהפוך ל .ATP -כל ה ATP-שיווצר יפורק שוב וכך נבטיח המשכיות של השרשרת ע"י המשכיות הצימוד.שאלות :מה יהיה מצב החמצון-חיזור של CoQבמיטוכונדריה בנוכחות :א)סוקסינאט-מקור לאלקט',מביא FADH2לכן יהיה CoQיהיה מחוזר לחלוטין.ב)-DNPמפר צימוד,שרשרת אלקט' תמשיך לעבור ו CoQכל הזמן יקבל אלקט' מקומפלקס 2ולא יעביר הלאה כי קומפלקס 3תקוע,לכן CoQיהיה מחוזר לחלוטין.ג)אנטימיצין -Aתוקע,לא נותן לעבור לקומפלקס ,4קומפלקס 2מגיע ל 3ושם נתקע .לכן CoQיהיה מחוזר לחלוטין.ד)חמצן בעודף-לא יגיע לשלב הזה בכלל . פירוק וסינתזה של חומצות שומן: שומנים נכנסים למטאבוליזם בצורת פוספוליפידים או שומנים אחרים .שומנים זהו מקור מאוד עשיר ויעיל של אנרגיה והם המרכיב המשמעותי ביותר במזון .בגוף האדם ,שומנים נשמרים בעיקר כטרי אציל גליצרול-טריגליצרידים :גליצרול מחובר ל 3-ח' שומן .תפקידי ח' שומן* :אבני בניין של ליפידים ופוספוליפידים* .מודיפיקציה של חלבונים -ח' שומן מחוברת קוולנטית לחלבון ומעניקה לו תכונה של עיגון בממברנה* .מקור אנרגיה מאוד משמעותי .בח' שומן הפחמן נמצא ברמת חיזור מאוד גבוהה .אלו הם שומנים -דוחים מים והדבר מעניק להם יתרון מבחינת לחץ אוסמוטי .הם אינם קושרים מים ואין צורך בהידרטציה .טריגליצרידים שוקלים פחות מגליקוגן עם אותה כמות אנרגיה .כמות האנרגיה הנאגרת בשומנים היא הגבוהה ביותר בגוף האדם* .אבני בניין לסינתזת הורמונים ולמסנג'רים שניוניים בתא .המוח יכול לנצל רק גלוקוז (ובמקרים מיוחדים בגופי קטון) אך לא בח' שומן כמקור אנרגיה.בניצול של חומצות שומן כמולקולות דלק ישנם שלושה שלבים :טריגליצרידים מפורקים בשלב ראשון ע"י ליפאזות ,בתהליך הנקרא ליפוליזה .הליפאזות משופעלות ע"י הורמונים כאפינפרין ,נורפינפרין ,גלוקגון ואדרנוקורטיקוטרופיק .בתאי שומן ,הורמונים אלו משפעלים רצפטורים 7ממברנליים אשר משפעלים אדנילט ציקלאז .רמה מוגברת של ציקליק )AMP (cAMPממריצה את פרוטיאן קינאז ,Aאשר משפעל את הליפאזות ע"י זרחונן .הורמונים אלו מגבירים ליפוליזה .בניגוד לכך ,אינסולין מעכב ליפוליזה .ליפאז -חותך ח' שומן מהגליצרול .בסופו של דבר מקבלים ח' שומן נפרדות וגליצרול .מופעלים ע"י זרחון מזורז .ח' שומן חופשיות חודרות
ממברנה ויכולות לצאת למחזור הדם .שומנים מועברים מרקמה לרקמה בצורת קומפלכס עם חלבונים -ליפופרוטאין .ח' שומן מועברות בדם באמצעות חלבון מיוחד -אלבומין .הוא בעל כיסים הידרופוביים (ח' השומן נכנסות וכך נמנעות אינטראקציות לא רצויות עם מים)?גליצרול עובר זרחון ע"י גליצרול קינאז על חשבון .ATPגליצרול קינאז דהידרוגנאז מעביר לקטון ואז נמצא בשו"מ עם מולקולה נוספת שיכולה להכנס לגליקוליזה או גלוקונאוגנזה .ככל שח' שומן רוויה יותר ארוכה טמ"פ ההתכה שלה גבוהה יותר .כשנכנס קשר כפול הוא מוריד את טמ"פ ההתכה באופן משמעותי .ח' פלמיטית- זוהי ח' שומן רוויה בעלת 16פחמנים .שלב :Iאקטיבציה וטרנספורט -האקטיבציה מתרחשת ע"י אדנילציה או חיבור ל ,CoAריאקציה זו דורשת אנרגיה )1 .אדנילציה בעזרת -ATPח' שומן מחוברת ל )AMP. 2 -העברת ח' שומן מ AMP-ל- .CoAלא דורש השקעת אנרגיה )3 .העברת אציל CoAשנוצר לתןך המיטוכונדריה .במיטו' מתרחש מעגל קרבס ולכן עדיף שחמצון ח' שומן יתרחש גם הוא שם .חמצון ח' שומן ,להבדיל מגליקוליזה ,מתרחש במיטו' .לא כדאי להכניס אציל CoA כמו שהוא ישר לתוך המיטו' CoA .ונגזרותיו לא חודרים את הממברנה המיטוכונדריאלית .קב' האציל מועברת מCoA- לקארניטין ע"י קארניטין אצילטרנספראז ,Iאציל קארניטין מועבר דרך הממברנה ע"י טרנסלוקאז ,ואז הוא עובר שוב ל- .CoAבהעדר של קארניטין או טרנסלוקאז יכולים להגרם התכווצות שרירים ,חולשה חזקה או אפילו מוות .במהלך התעמלות ממושכת ,חולשה של השרירים מראה על חוסר בקארניטין אציל טרנספראזות ,כיוון ששרירים מסתמכים על ח' השומן כמקור אנרגיה לטווח ארוך .שלב :IIחמצון ח' שומן -גם הוא מתרחש בכמה שלבים .כל פעם כתוצאה של 4 ריאקציות נחתך משרשרת האציל קטע של 2פחמנים ומועבר ל CoA-אחר ונוצר אצטיל CoA. βאוקסידציה של ח' שומן- זהו המעגל! (הקשר שנחתך הוא אחרי פחמן βומכאן השם) .פירופוספט מתפרק ע"י פירופוספטאז מה שמניע את הריאקציה לכיוון יצירת אציל .CoAקארינטין אציל טרנספראז Iמזרז ריאקציית העברת ח' שומן מ CoA-לקארניטין ,מתרחש בממברנה החיצונית .בממברנה הפנימית יש עוד טרנספר של ח' שומן מקארניטין ל CoA-מיטוכונדריאלי ,מזורז ע"י קארניטין אצילטרנספראז . IIקארניטין :זהו מתווך ,קטליזטור של הכנסת ח' שומן מהציטוזול אל המטריקס .פירוק ח' שומן המחוברת ל CoA-מתרחשת בעזרת שרשרת של 4ריאקציות )1 :חמצון ,הורדת מימן יחד עם -eמפחמן .βחמצון של פחמן βעם חיזור של )FAD. 2הכנסת ,תוך פירוק קשר כפול בין פחמן βל ,γ-חמצן לפחמן .γמתרחש בעזרת מים )3 .חמצון פחמן γתוך חיזור של .+NADהקשר בין פחמן βל γ-נחלש וניתן לחתוך אותו ולקשור אותו ל CoA-נוסף )4 .חיבור 2 פחמנים ל -CoA-תיוליזה .כתוצאה מ 4שלבים אלו מקבלים CoAמחובר לשרשרת ואצטיל .CoAבשלב זה קיבלנו 2 מולקולות מחוזרות( NADH :שרשרת הנשימה) ו( FADH2 -קב' פרוסטטית ששיכת לאצטיל CoAדהידרוגנאז ,הראשון בשרשרת ,זוג ה -eשמועברים ל FADיכולים להכנס ישירות לשרשרת כי הוא אנזים ממברנלי ושייך באותה מידה לשרשרת. מוסר -eל .)CoQממול' אחת של ח' פלמיטית קיבלנו 129מול' .ATPכאשר מס' הפחמנים בח' שומן הוא אי זוגי נשאר שייר בעל 3פחמנים שעובר קרבוקסילציה (דורשת השקעת אנרגיה .)1ATP ,מקבלים שייר עם 2פחמנים שעובר אפימריזציה ואיזומריזציה ומקבלים סוקציניל CoA-שנכנס ישירות למעגל קרבס .תנאי חשוב :ח' שומן ניתן לשרוף על "אש" של קרבוהידראט .יש צורך באוקסלואצטט על מנת להכניס את אצטיל CoAלמעגל .אי אפשר לסנתז אוקסלואצטט מאצטיל .CoAללא עודף של אוקסלואצטט אין שריפה של ח' שומן .אוקסלואצטט מתקבל מפירובט (גליקו') .מ 2-מול' אצטיל ניתן ליצור 2מול' קטוניות שונות השייכות לגופי הקטון .זהו מקור אנרגיה לא טוב .גלוקוז זהו הדלק העיקרי למוח ולתאי הדם האדומים .ברעב ממושך 75% ,מן הדלק שהמוח צורך מגיעים מגופי קטון .בהעדר של גלוקוז ,הלב משתמש באצטואצטט (גוף קטון) .רמות גבוהות של אצטואצטט בדם זהו סימן למחסור ביחידות אצטיל וגורם לירידה בקצב ליפוליזה ברקמות שומן .סינתזת ח' שומן :מתרחשת בציטוזול .שרשרת הריאקציות הופכת ל -חיזור ,דהידרטציה ,וסינתזה NADPH .הוא אקוויולנט חיזור אצטיל -הפרדה בין מסלולים קטבולים ואנאבולים )1 .הפיכת אצטיל CoAלמאלוניל CoAבתהליך קרבוקסילציה .האנזים בתהליך זה הוא אצטיל CoAקרבוקסילאז ,בעל קב' פרוסטטית הנקראת ביוטין שחיונית לפעילותו. שלב זה אינו הפיך ולכן מחייב ומבוקר .בקרה קוולנטית :כשאין צורך בסינתזת שומנים תתרחש פוספורילציה .ריכוז גבוה של AMPיוביל להפעלת האנזים שמזרחן את אצטיל CoAקרבוקסילאז .בקרה אלוסטרית :ציטראט נקשר לאנזים הלא פעיל וגורם להפעלה חלקית .אם הצטבר ציטראט המצב האנרגטי גבוה .הציטראט נוצר בתחילת ה ,TCA-כלומר יש מספיק ATPמה שיגרום לשפעול חלקי .ציטראט נוצר במיטו' בתחילת ה TCA-ויכול לעבור בעזרת נשא אל הציטוזול שם יהפוך לאצטיל CoAויוכל להמשיך בתהליך סינתזת ח' שומן .אם יש הרבה פלמיטויל CoAתעצר הסינתזה :מעכב טרנספורט של ציטרט לציטוזול ומעכב את האנזים )2 .קב' מאלוניל מועברת מ CoA-לחלבון ( ACPנשא של האציל) שתפקידו להעביר מאלוניל או אצטיל לחלבונים בעלי פעילות חיזור ,הידרטציה -..לחבר מאלוניל לאצטיל .פעילות זו מתרחשת עד ליצירת הח' המבוקשת ויש שחרור של .ACPבכל ריאקציה קונדנסציה (חיבור) בין מאלוניל לאצטיל יש שחרור של .CO2הריאקציה מזורזת ע"י קומפלכס ענק .מאלוניל CoAזוהי הצורה המאוקטבת של אצטיל .CoAבקרה :אינסולין ממריץ סנתזת ח' שומן ע"י שפעול הקרבוקסילאז בעוד שגלוקגון ואפינפרין מעכבים .ציטרט -סיגנל לכך שיש אבני בניין ואנרגיה בשפע, משפעל את הקרבוקסילאז .פלמיטויל CoA -מעכב את הקרבוקסילאז ,וכך גם .AMP בקרה כוללת :מבוצעת ע"י פוספורילציה הפוכה .אצטיל CoAקרבוקסילאז מכובה ע"י פוספורילציה ומשופעל ע"י דפוספורילציה .הקרבוקסילאז בלתי פעיל כאשר רמת האנרגיה נמוכה .תגובות לדיאטה :פירוק וסינתזת ח' שומן אינם פועלים במקביל .ברעב ,רמת חומצות השומן החופשיות עולה כיוון שהורמונים כגון אפינפרין וגלוקגון ממריצים ליפאזות של תאי שומן .אינסולין בניגוד לכך מעכב ליפוליזה .בעיות:לא ניתן להפוך ליזין לקרניטין – צריך קרניטין כדי להעביר קב' אציל למיטוכונדריה ששם מתרחש פיקור ח' שומן.מחסור בקרניטין – לא נוכל לנצל שומנים לאנרגיה. ביוכימיה של השריר: תנועת מול' מתרחשת עקב שינויים קונפורמציונייים של החלבון .רוב החלבונים הם חברים במשפחת ה.NTPase p-loop - למיוזין תפקיד עיקרי בשריר ,נע לאורך פילמנטים של חלבון האקטין .מורכב מ 2-חלקים :שרשרת כבדה 87Kdשרשרת קלה בעלת חשיבות גבוהה ושרשרת קלה רגולטורית .בגוף האדם יש 40מיוזין ,חלקם מתפקדים בשריר .מבנה המיוזין2 : ראשים המחוברים לגבעול .בעל 4חלקים 2 -חלקים של ,S1אחד של S2 (HMM)- heavyוחלק נוסף הנקרא .LMM- light כל S1מתאים לאחד מהראשים ומכיל 850ח' אמינו .המבנה של S1הוא αהליקס .ההליקס יוצר אתר עבור 2השרשראות הקלות .השרשראות כרוכות מסביב ל α-הליקס .החלקים האחרים S2ו LMM-הם בעלי מבנה גדול של αהליקס במצב .coil-coilהמבנים האלה ביחד מגיעים לגודל של 1700אנגסטרם .מיוזין נע בצורה מעגלית .התזוזה מופסקת עקב השינוי באפיניות החלבון .השריר בנוי מסיבים רבים .כל סיב מורכב ממיופיברילות ,כשכל מיופיברילה מכילה כמה יחידות התכווצות -סרקומרים .סרקולמה= ממברנת השריר .סרקופלסמה=ציטוזול תא השריר .כל סיב שריר מכיל קב' מיופיברילות מקבילות המאורגנות לאורך הסיב .בין המיופיברילות יש ( SRרשת ממברנה) שעוטפת אותן ותפקידה לאגור יוני סידן .בזמן התכווצות יש יציאת יוני סידן -T tubule .צינורות הממברנה .קיימים כדי להבטיח שאירוע ההתכווצות יהיה אחיד בכל המיופיברילות .סרקומר מוגדר מקו Zאחד לקו Zאחר ,בנוי מסיבים עבים ודקים .העבים מסודרים במאוזן -H zone .מכיל רק סיבים עבים -A zone .מכיל סיבים עבים ודקים -I zone .מכיל רק סיבים דקים .בקצוות Z -lineחלבונים אליהם קשורים סיבים עבים ודקים .הסדר .Z,I,A,H,A,I,Z :מה שקושר את הסיב העבה לקו Zזהו חלבון שנקרא Titinהמקנה גמישות לסרקומר (פועל כמו קפיץ שיכול להמתח ולהתכווץ) -Nebulin .מחבר את הפילמט הדק לקו ,Zנקראים גם חלבוני סרגל כי קובעים את אורך הפילמנטים .סיב עבה מורכב בעיקר ממולקולה הנקראת מיוזין ,מורכבת מ 2-ראשים וזנב .יש לו 2שרשראות כבדות ו 4-קלות .מה קורה למיוזין אם נפעיל עליו פרוטאזות? טריפסין יפריד את מול' המיוזין ל( LMM, HMM :2-מכיל קצת מהזנב ,S2 ,ו 2-יח' של -S1ראש המיוזין .השרשראות הקלות קשורות ל .)S1-פפאין יפריד בין S1ל .S2-הפילמנט הדק מורכב בעיקר מאקטין ( Gאקטין זהו המונומר ו F-אקטין זהו הפולימר) ,מכיל טרופומיוזין -גורם להפרעה סטרית של הקישור בין אקטין למיוזין וטרופונין -בעל 3תתי יחידות TnT :קושרת טרופומיוזין, TnIמעכבת התכווצות שריר -TnC ,קושרת יוני סידן .כשריכוז הסידן עולה טרופונין קושר סידן וגורם לטרופומיוזין לא להפריע לקישור בין אקטין למיוזין ,בעל 4אתרי קשירה לסידן .קישור יוני הסידן לטרופונין גורם לכך שהקומפלכס טרופונין-טרופומיוזין ינוע פנימה לתוך 2גדילי האקטין .מנגנון ההתכווצות :הפילמנטים לא משתנים באורך .מה שמשתנה זו החפיפה ביניהם -מנגנון ההחלקה .בעת ההתכווצות יש איזור חפיפה יותר גדול ,המרחק בין Zל Z-מתקצר .פירוק ,ATP קישור אקטין והתכווצות השריר :מתחילים במצב שנקרא " ."ATP-Myosinה ATP-שקשור למיוזין עובר "הידרוליזה" (יש לשים לב כי זוהי לא בדיוק הידרוליזה .זוהי הוספת מים ללא פירוק הקשר) .בשלב הבא מקבלים מצב הרפייה "ADP-Pi- ."Myosinבעת עלייה בריכוז יוני הסידן מתאפשרת חפיפה .אקטין נכנס ומקבלים " ."Actin-Myosin-Pi-ADPלאחר מכן קישור אקטין גורם ליציאת ADP+Piומקבלים מצב התכווצות " ."Actin-Myosinבשלב נוסף ATPנקשר למיוזין מה שגורם לאקטין לצאת ושוב חוזרים למצב " ."ATP-Myosinזהו מעגל שחוזר על עצמו .ההרפייה נובעת מ )1 :קישור הATP - גורם לשחרור האינטראקציה בין האקטין למיוזין )2 .משאבות Ca+2ATPaseמחזירות רמה נמוכה של סידן בתא ,שוב יש הפרעה סטרית של טרופומיוזין .ריגור :קישיון ,מתרחשת בעת מוות .הגוף נתקע בשלב " ."Actin-Myosinהסבר מוצע תהליך ההתכווצות וההרפייה :במנוחה S1אינו יכול להקשר ליחידת האקטין ,כתוצאה מנוכחות טרופומיוזין .מיוזין קשור ל .ADP+Pi -כתוצאה מגירוי עצבי יש עלייה בריכוז יוני הסידן בציטופלסמה .טרופומיוזין משנה את מיקומו כך שעכשיו ראש ה S1-נקשר ליח' האקטין בפילמנט הדק ו Pi-משתחרר .הקישור של מיוזין לאקטין גורם לשחרור .ADPהשחרור הזה גורם לשינוי קונפורמציה של S1ב ,45o-ביחס ליח' האקטין .שינוי זה גורם לתזוזה של הפילמנט הדק ,בתהליך הקרוי .Power strokeהקישור של ATPלמיוזין גורם לשחרור הקשר אקטין-מיוזין .לאחר מכן יש "הידרוליזה" של ATPע"י ראש המיוזין החופשי .מה גורם לריכוז יוני הסידן לעלות? גירוי עצבי .העברת סיגנל עצבי ע"י אצטיל כולין .גורם לפתיחת תעלות האצטיל כולין .מתרחשת דפולריזציה .לאחר מכן יש התפשטות ה exitationמממברנת תא השריר ל .T tubules -ואז העברת ה exitationמה T tubulesל ,SR-מה שגורם לשחרור יוני סידן מה .SR-העלייה בריכוז יוני הסידן גורמת להתכווצות השריר :Ca+2ATPase .על כל מול' ATPהמשאבה מכניסה 2יוני סידן .ל E1-יש אפיניות גבוהה לקלציום ויש קישור של סידן ו .ATPלאחר מכן מתרחשת פוספורילציה תוך שחרור ADPומקבלים E1-Pשהופך מיד ל .E2-Pהאפיניות במצב זה לסידן נמוכה ויש שחרור של יוני הסידן לתוך ה ( SRהידרוליה תוך שחרור )Piומקבלים E2שאיננה יציבה והופכת מידית ל .E1אוקסלואצטט -גורם לירידה בריכוז יוני הסידן החופשיים בתוך ה ,SR-המשאבה פועלת יותר ,הצימוד נשאר. יונומיצין -מפר צימוד ,הוא מפזר את ריכוז יוני הסידן לפי מפל ריכוזים ,כלומר יוציא אותם מה.SR- אינטגרציה של מטבוליזם: כל מסלול מטבוליזם מבוקר באופן עצמאי ויש תיאום בין כל המסלולים -גליקוליזה ,סינתזת ח' שומן ,מעגל קרבס ,שרשרת העברת -eוכו' .ישנו תיאום מלא בין כל המסלולים .ישנם מס' עקרונות של מטבוליזם)1 :יחסים אנרגטיים בתא .בכדי לתפקד (לסנתז ולגדול) יש צורך בקליטת אנרגיה והפיכתה למטבע אנרגטי אחד .ATPפעילויות התנועה בתא ,טרנספורט אקטיבי ,ביוסינתזה של חומרים והעברת סיגנלים דורשים ATPלצורך התרחשותם ,תוך הפיכת ATPל .ADP-ריאקציות בעלות ΔGחיובי מצומדות לפירוק .ATPקליטת האנרגיה ויצירת ATPמתרחשת ע"י חמצון מול' דלק או פוטוסינתזה. היחס ATP/ADPמסמל את רמת האנרגיה בתא ומשפיע על כל התהליכים הנ"ל)2 .יחסים של קטבוליזם ואנאבוליזם תלויים בפוטנציאל חמצון חיזור .בריאקציות קטבוליות שמתרחשות בעיקר לכיוון חמצון ,יש חיזור של +NADויצירת .NADHלעומת זאת +NADPו NADPH-הם קופקטורים לריאקציות חיזור אנאבוליות .יש חמצון של NADPHל- .+NADPמכניזם בקרה של מטבוליזם)1 :בקרה על רמת האנזים ע"י שינוי כמותי של האנזים הגורם לריאקציה מרכזית במטאבוליזם)2 .בקרה על פעילות האנזים -ע"י שינוי של אנזימי מפתח בכל מסלול -זוהי בקרה אלוסטרית)3 .מידור ,הפרדה בין תהליכים מטאבוליים .לכל רקמה תפקיד שונה)4 .בקרה הורמונלית)5 .בקרה ע"י מודיפיקציה קוולנטית .יש שימוש בבקרה ע"י שינוי קוולנטי בנוסף לבקרה אלוסטרית כיוון ששינוי קוולנטי של אנזים זהו בדרך כלל השלב האחרון במפל המאפשר לדרכים מטבוליות להיות "מודלקות" או "מכובות" במהירות ע"י ריכוז נמוך מאוד של סיגנלים מעוררים .כמו כן, שינוי קוולנטי עמיד יותר מאשר אינטראקציות אלוסטריות .בקרה על פעילות האנזים* :בקרה אלוסטרית :בעיקר ע"י עיכוב בהיזון חוזר .השפעה של התוצרים ,לאו דווקא תוצרים ישירים אלא תוצרים של סוף מסלול או של מסלול אחר. הבקרה נעשית באתר שונה מהאתר הפעיל .בעקבות קישור זה יש שינוי בקונפורמציה ,בקרה הפיכה ,תלוי בריכוז האפקטור.
*בקרה קוולנטית :זרחון ואדנילציה ,בלתי הפיך מבחינה קוולנטית אך ניתן להפוך את הפעולה ע"י אנזים .עקב מודיפיקציה קוולנטית יש שינוי בפעילות האנזים -חלקם גורמים לשפעול האנזים וחלקם לירידה בפעילות .ידועות גם מודיפיקציות קוולנטיות ע"י הוספת ח' שומן הגורמות לעלייה באפיניות של חלבון לממברנה ,ח' שומן מעדיפות להיות בממברנה ומשמשות כעוגן בממברנה .בכל מסלול יש צמתים ,נק' מפתח הנתונות לבקרה (צומת -נק' בהן מסלולים שונים נפגשים או מתחברים אחד לשני) .בגליקוליזה -מתרחשת בציטוזול .ישנה המרה של מולקולת גלוקוז לשתי מולקולות פירובט תוך יצירת שתי מולקולות ATPו .NADH-אנזים מפתח הוא הפוספופרוקטוקינאז ,המזרז את השלב המחייב בגליקוליזה ,ולכן הוא אתר הבקרה החשוב ביותר .אנזים זה עשיר באתרים אלוסטרים .בכבד ,הבקרה החשובה ביותר על פוספופרוקטוקינאז מתבצעת ע"י F-2,6-BP.כאשר רמת הגלוקוז בדם נמוכה ,יש ירידה ברמת .F-2,6-BPאם כך ,יש האטה בגליקוליזה ושחרור גלוקוז לשימוש ברקמות אחרות .משופעל ע"י F-2,6-BP, AMPומעוכב ע"י -ATPבקרה עפ"י אנרגיית התא .היחס AMP/ATPהוא מאוד רגיש ולכן משמש כרגולטור טוב .רמת F-2,6-BPתלויה ברמה ההורמונלית .בגלוקונאוגנזה -גלוקוז יכול להיות מסונתז ע"י הכבד והכליות ממקורות שאינם פחמימתיים כלקטט ,גליצרול וחומצות אמינו .אנזים מפתח הוא פרוקטוז 1,6ביספוספאט .מעוכב ע"י AMP, F-2,6-BPומשופעל ע"י ציטרט .הצטברות של ציטרט במעגל קרבס מראה על עודף אנרגיה ולכן יש שפעול של הגלוקונאוגנזה ,סינתזת גלוקוז ,יש שימוש באנרגיה לצורך סינתזה .במעגל קרבס -השלב הראשון ,הפיכת פירובט לאצטיל ,CoAהוא בלתי הפיך ויש עליו בקרה .גליקוליזה וגלוקונאוגנזה מבוקרות כך שכאשר מתרחש אחד התהליכים ,השני מתרחש בצורה מינימלית בלבד .בסינתזת ח' שומן :ריאקציה 1היא בלתי הפיכה (הפיכת אצטיל CoAלמאלוניל .CoAמשופעל ע"י ציטרט ומעוכב ע"י התוצר הסופי פלמיטויל .CoAבדומה ,השלב הראשון בפירוק ח' שומן ,קארניטין אצילטרנספראז Iמעוכב ע"י מאלוניל .CoAבמסלול פנטוז הפוספט יש בקרה של רמת חמצון-חיזור. הצלבה בין מסלולים :גלוקוז הופך לגלוקוז 6פוספט G-6-P .יכול להכנס ל 3-מסלולים)1 :להפוך ל F-6-Pלאחר מכן לפירובט ואז להכנס לגלוקונאוגנזה)2 .להפוך ל G-1-Pואז להפוך לגליקוגן)3 .להפוך ל -6פוספוגלונאט ואז לריבוז 5פוספט ולהכנס למסלול פנטוז הפוספט .פירובט הוא התוצר העיקרי של הגליקוליזה .בתנאים אנאאירובים הוא הופך ללקטט (שריר) -זוהי ריאקציה חשובה לגליקוליזה כי גורמת לשחזור .NADHמלקטט ניתן לקבל בחזרה פירובט בעודף .NADH פירובט הוא מקור לאוקסלואצטט .אוקסלואצטט יכול להכנס לגלוקונאוגנזה (סינתזת גלוקוז) ושם יהפוך ל G-6-Pואז ניתן לקבל פירובט בחזרה .פירובט הופך לאצטיל CoAשגם הוא יכול להכנס ל 3-מסלולים)1 :סינתזת ח' שומן ויצירת אצטיל CoAבחזרה מפירוקן)2 .יצירת CO2במעגל קרבס ויצירת מול' )ATP. 3כאשר אצטיל CoAלא נכנס למעגל קרבס ,יש מחסור באוקסלואצטטט לעומת עודף של אצטיל ,CoAהוא יכול ללכת לריאקציית סינתוז כולסטרול ,הורמונים וגופי קטון ,כגון אצטואצטט ואצטון ,שיכולים להיות מקור אנרגיה בריאקציות אחרות .מידור :בציטוזול מתרחשים הגליקוליזה, סינתזת ח' שומן ומסלול פנטוז הפוספט .במטריקס המיטוכונדריאלי מתרחשים פירוק ח' שומן ,מעגל קרבס ,פוספורילציה אוקסידטיבית ויצירת גופי קטון .הקשר בין הרקמות השונות מתרחש דרך מע' הדם .המוח :מקבל כמקור אנרגיה רק גלוקוז המועבר אליו ע"י ,GLUT3המספק כמות קבועה של גלוקוז למוח ובמקרים חריגים גופי קטון (במצב של רעב מתמשך) .בגלל מחסום בין המוח למע' הדם ,אלבומין הקושר ח' שומן לא מגיע למוח ולכן ח' שומן לא יכולות לספק מקור אנרגיה .אין מאגרי אנרגיה ולכן יש צורך באספקה רציפה של גלוקוז .במוח גלוקוז עובר חמצון מלא ל .CO2-שריר הלב:הדלק העיקרי הוא ח' שומן .כמו כן ,גופי קטון ולקטט יכולים לשמש כדלק .למעשה ,הלב מעדיף שימוש באצטואצטט על פני גלוקוז .רקמה שומנית :אחראית לאספקתח' שומן לרקמות אחרות ולאספקת גליצרול .מאגר עשיר מאוד של ח' שומן וגליצרול בצורה של טריאציל גליצרול .פירוק טריאצילגליצרול נעשה ע"י שימוש באנרגיה מגלוקוז .שריר :מבצע עבודה מכנית ומשתמש גם בגלוקוז ובח' שומן כמקור אנרגיה וגם בגופי קטון .בנוסף ,מתרחשת בשריר סינתזת גליקוגן לצורך אחסון אנרגיה .כתוצאה מגליקוליזה אינטנסיבית (תנאים אנאאירובים) בשעת עבודה נוצר ריכוז גבוה של לקטט שעובר למע' הדם ונכנס לכבד .בעקבות פעילות מוגברת של גליקוליזה יש פירוק חלבונים ונוצר אלאנין .בשעת מנוחה ,ח' שומן הן הדלק העיקרי בשריר ומספקות 85%מן האנרגיה הדרושה .כבד :מפעל לעיבוד מזון ואספקת גלוקוז לרקמות אחרות .ח' שומן מגיעות לכבד ושם מסונתז טריאציל גליצרול או שנכנסות ל β-אוקסידציה ליצירת אנרגיה .גלוקוז מסונתז בכמויות גדולות בכבד לצורך אספקה למוח ולשריר .גלוקוז 6פוספטאז הוא אנזים סופי בגלוקונאוגנזה ואינו נמצא בשריר ובמוח אלא רק בכבד .הכבד יכול להשתמש בכל המקורות כמקור אנרגיה -ח' אמינו ,ח' שומן ,גלוקוז וגופי קטון .ריכוז הגלוקוז בדם הוא ,4-5mMכמות נמוכה של אנרגיה -אם גלוקוז לא נכנס למחזור הדם האנרגיה הזו מנוצלת תוך דקות .בכבד יש פחות גלוקוז מאשר בשריר כיוון שיש יותר שריר בגוף .המוח צורך כ 60%-מהגלוקוז שנוצר בכבד ,בנוסף גלוקוז נצרך כמזון בעת מנוחה 15% .של האנרגיה היומית נצרכת ע"י המוח .פעילות המוח לא משתנה הרבה ממצב שינה למצב מבחן20% . מצריכת החמצן היא ע"י המוח ולכן הפסקת אספקת גלוקוז וחמצן למוח יכולה לגרום לנזק אדיר תוך זמן קצר .מעגל קורי: הקשר בין גליקוליזה לגלוקונאוגנזה .במצב פעיל של שריר נוצר לקטט מעודף של פירובט ,זוהי חומצה והיא גורמת לירידה ב pH-ולהתכווצות שרירים .לקטט עובר לדם ומשם לכבד והופך שם לפירובט .פירובט נכנס למסלול הגלוקונאוגנזה והופך לגלוקוז שיוצא מהכבד אל הדם ומהדם בחזרה לשריר .בקרה הורמונלית :תיאום בין המסלולים המטבוליים :קטבוליזם ואנאבוליזם .מבוססת על רמת הגלוקוז בדם (במצב נורמלי .)0.8mg/mlכאשר רמת הגלוקוז בדם יורדת ל,0.4mg/ml- מופסקת פעילות טרנספורטרים של גלוקוז למוח .קיימים 3הורמונים המבקרים פעילות זו :אינסולין ,גלוקוגון ואפינפרין. כאשר רמת הגלוקוז בדם גבוהה זה גורם ליצירת אינסולין .אינסולין מזרז קליטת גלוקוז מהדם אל הכבד וזירוז סינתזת גליקוגן .ממריץ גליקוליזה ומעכב גלוקונאוגנזה בכבד .גלוקוגון -משפיע על מסלול הפוך ,פירוק גליקוגן והפרשת גלוקוז מהכבד אל תוך הדם .כתוצאה מצריכת מזון יש עלייה בריכוז גלוקוז בדם ולכן יש סינתזת ח' שומן ,טריאצילגליצרול וגליקוגן .מתרחשת אגירה של ח' שומן ברקמת השומן וסינתזת גליקוגן בשריר .המוח והלב מתפקדים בצורה נורמלית .רמת גלוקוז בדם גבוהה ולכן יש ייצור גבוה של אינסולין המזרז תהליכים אלו .בין הארוחות ,כל המאגרים שיצטברו מנוצלים ליצירת גלוקוז וח' שומן .יש שמירה על מצב תקין ,ריכוז נורמלי של גלוקוז בדם ,שריר מנצל ח' שומן שהצטברו ,המוח מקבל גלוקוז מהכבד ונמצא במצב תקין .במצב הרעבה -מצב מסוכן .אם מקורות גליקוגן בכבד ובשריר מנוצלים עד הסוף ויש חוסר באוקסלואצטט ,יש הצטברות של כמויות גבוהות של אצטיל CoAולא ניתן לשרוף אותן ללא אספקה של אוקסלואצטט מקליקוליזה והם הופכים לגופי קטון .מקור יחיד לסינתזת גלוקוז במצב הרעבה הוא מפירוק חלבונים. יתרחש רק פירוק של ח' שומן ,השריר יכול לקבל אנרגיה מח' שומן .השריר והמוח לא מקבלים גלוקוז מהדם ,כיוון שרמת הגלוקוז ירדה לרמה בה הטרנספורטרים כבר לא מעבירים גלוקוז מהדם למוח ולכן יש הפקה של אנרגיה מגופי קטון- מסלול לא יעיל ,נכנסים למעגל קרבס דרך סוקציניל CoAומאפשרים פעילות של המוח והלב .במצב הרעבה רמת הגלוקוז יורדת מהר מאוד ,רקמות שונות עוברות לניצול ח' שומן ,רמת ח' שומן בדם עולה ולאחר יומיים של הרעבה רמת גופי הקטון בדם עולה בצורה משמעותית .יש יחס הפוך בין קצב יצירת ATPממול' דלק לריכוזם.מעגל קרבס איטי יותר מגליקוליזה ופירוק גליקוגן לקלוקוז בכבד עוד יותר איטי .קצב שריפת שומנים הוא איטי גם כן אך ניתן לקבל הרבה יותר אנרגיה. לאחר הפעלת השריר יש ניצול ATPבשניות הראשונות ויצירת אנרגיה וקראטין פוספט מתחיל מטאבוליזם אנאאירובי. לאחר דקות מתחיל במקביל מטאבוליזם אאירובי (יותר מהיר מאנאאירובי) .סכרת -יש שני סוגים -I :יש מחסור באינסולין -II ,אין תגובה לאינסולין .בעקבות כך חולי סכרת יהיו במצב הרעבה תמידי ,רמת הגלוקוז בדם תהיה גבוהה מאוד אך הרקמות לא יקבלו גלוקוז ויהיו בהרעבה .הכבד נתקע במצב של גלוקונאוגנזה ויצירת גופי קטון .אין ספיגה של גלוקוז לתאי האדיפוז (תאי ח' שומן) ולכן לא יווצרו ח' שומן .בתאי השריר יהיה פירוק חלבונים לשם יצירת ח' אמינו וגלוקוז .עקב המחסור בגלוקוז יהיה מחסור באוקסלואצטט ולכן אצטיל CoAיהפוך לגופי קטון .מתבטא בריח של אצטון מחולה בסכרת או מאדם הנמצא בהרעבה-PP2A.עושה דפוספורילציה לאצטיל CoAקרבוקסילאז .זה יוצר מלוניל (שלב ראשון בסינתזת חומצות שומן) .כשהקרבוקסילז עם פוספט הוא לא פעיל PP2A .גורם לו להיות פעיל,כלומר מעודד סינתזת ח' שומן.פלמיטואיל -CoAח' שומן עם 16פחמנים שהיא אפקטור אלוסטרי שלילי על אצטיל CoAקרבוקסילז.הוא התוצר (פידבק אינהיביטור) שאומר שיש מספיק ח' שומן ואפשר להפסיק לסנתז. פוטוסינתזה: פוטוסינתזה מתרחשת בכלורופלסטים ,בתאים ירוקים .מנגנון המרת האנרגיה נמצא בממברנת התילקואידים .השלב הראשון בפוטוסינתזה הוא קליטת אור ע"י כלורופיל ,מול' פיגמנט .לאחר מכן יש יצירה של -eבעלי אנרגיה גבוהה עם פוטנציאל חיזור גבוה -e .אלו משמשים ליצירת NADPHו ATP-בסדרת תג' הנקראות תג' אור ,זאת כיוון שהן זקוקות לאור על מנת להתרחש NADPH .ו ATP-הנוצרים בתג' האור מחזרים CO2והופכים ל 3-פוספוגליצראט בסדרת תג' הנקראות מעגל קלווין (או תג' חושך) .תג' האור של הפוטוסינתזה משתמשות באנרגיית הפוטונים ליצירת -eרב אנרגטיים המשמשים לחיזור +NADPל NADPH-ובאופן בלתי ישיר בשרשרת מעבר ה -eליצירת מפל פרוטונים לאורך הממברנה. תוצר לוואי של תג' אלו הוא .O2בתג' חושך NADPH ,ו ATP -הנוצרים בעקבות האור גורמים לחיזור של CO2לתרכובות אורגניות שימושיות יותר .לכלורופלסט 3ממברנות שונות :חיצונית ,פנימית וממברנת תילקואיד ,ו 3-איזורים נפרדים :חלל בינממברנלי ,סטרומה וחלל התילקואיד .הממברנה הפנימית מקיפה סטרומה ,שזהו אתר הפעילות הפחמנית של הפוטוסינתזה .בתוך הסטרומה ישנם מבנים המוקפים בממברנה הנקראים תילקואידים וצורתם דיסקות שטוחות .הם נערמים יחד ליצירת גרנומות .ממברנות התילקואידים מכילות אמצעים למעבר אנרגיה :חלבונים קולטי אור ,מרכזי ריאקציה ,שרשרת מעבר -eו ATP -סינתאז .ממברנת התילקואיד והממברנה הפנימית בעלות חדירות גבוהה ליונים ומו' קטנות .הסטרומה מכילה אנזימים מסיסים אשר גורמים לפעולת NADPHו ATP-הנוצרים ע"י התילקואיד להמיר CO2 לסוכר .השלב הראשון הוא קליטת אור ע"י כלורופיל .כלורופיל הם מול' קולטן לפוטונים יעילות מאוד כיוון שהן בעלות קשרים יחידים וכפולים מצומדים -פוליאנים .יש להם אזורי קליטה מאוד חזקים בתחום הנראה של הספקטרום .קבוע הקליטה המקסימלי של כלורופיל aגבוה מ .105M-1cm-1-אנרגיית האור מעוררת -eמרמת היסוד שלו לרמה המעוררת .ל e בעלי אנרגיה גבוהה יכולים להיות מס' מסלולים .ברוב המול' הקולטות אור ה -eפשוט חוזר לרמת היסוד והאנרגיה מומרת לחום .אך אם מצוי מקבל -eמתאים ,ה -eהמעורר יכול לנוע מן המול' הראשונים למקבל .תהליך זה גורם להווצרות מטען חיובי על המול' הראשונית והווצרות מטען שלילי על המקבל ,מתייחסים לזה כאל הגברת הפרדת מטענים .האזור בו זה מתרחש נקרא מרכז ריאקציה .פוטוסינתזה בצמחים ירוקים מבוקרת ע"י 2קומפלכסים מקושרי ממברנה הרגישים לאור: פוטוסיסטם )I (PSIופוטוסיסטם II (PSII). PSIמכיל בדר"כ 13שרשראות פוליפפטידיות ,יותר מ 60-מול' כלורופיל, קיונון (ויטמין )K1ו 3-צוותים של .4Fe-4Sהמסה המולרית גבוהה מ 800Kd. PSII-מורכב מלפחות 10שרשראות צד פוליפפטידיות ,יותר מ 30-מול' כלורופיל ,יון ברזל לא הֶמי ו 4-יוני מנגנז PSI .מגיב לאור עם אורך גל הקצר מ,700nm- בעוד ש PSII-מגיב לאורך גל הקצר מ .680nm-תחת תנאים רגילים ,ה -eזורמים תחילה דרך ,PSIIלאחר מכן דרך ,Cyt-bf קומפלכס המקושר לממברנה והומולוגי ל Q-CytC -אוקסידורדוקטאז ,ואז דרך .PSIה -eמגיעים ממים 2H2O :מחומצנות ליצירת מול' O2עבור כל -4eהנשלחים דרך שרשרת מעבר -eזו .ה -eבסופו של דבר מחזרים +NADPל .NADPH-תהליכים אלו יוצרים מפל פרוטונים לאורך הממברנה התילקואידית שגורם ליצירת .ATPהריאקציה הכוללת המזורזת ע"י :PSII , 2Q 2 H 2O lightכאשר -Qפלסטוקווינון ו -QH2-פלסטוקווינול .הקווינון מומר מצורתו המחומצנת O2 2QH 2 למחוזרת PSII .לוקח -eממים ויוצר חמצן מולקולרי .תג' זו מתרחשת במרכז מיוחד המכיל 4יוני מנגנז .הפוטוכימיה של PSIIמתחילה עם ערור זוג מיוחד של מול' כלורופיל ,המקושר ע"י תת יחידות D1ו .D2-הוא מורכב מכלורופיל .aהזוג המיוחד קרוי לפעמים P680. P680מעביר -eבמהירות לפאופיטין המצוי בקרבה (כלורופיל עם +2Hבמקום יון Mg+2 מרכזי) .משם ה -eמועבר תחילה לפלסטוקווינון המחובר חזק באתר ,QAואז לפלסטוקווינון חלופי באתר ,+QB. P680 מחמצן חזק מאוד ,מוציא -eממול' מים המקושרות חזק למרכז מנגנז .מנגנז נבחר לתפקיד זה כיוון שיכול להתקיים בהרבה מצבי חמצון ויכול ליצור קשרים חזקים עם מינים המכילים חמצן .מרכז המנגנז ,בצורתו המחוזרת ,מחמצן 2H2OלO2- יחיד .בכל פעם שקליטת פוטון מוציאה -eמ ,P680-ארבעה שלבים פוטוכימיים נדרשים על מנת להוציא את ה -eולחזר את מרכז המנגנז PSII .מקיפה את ממברנת התילקואיד כך שאתר חיזור הקווינון נמצא בצד של הסטרומה ,בעוד שמרכז + המנגנז ,אתר החמצון של המים ,נמצא בלומן התילקואיד +2H .הנלקחים בכל חיזור של Qבאים מהסטרומה ו 4H המשתחררים בעת חמצון המים משתחררים לתוך הלומן ונוצר מפל פרוטונים .ה QH2שנוצר ע"י PSIIתורם את ה eשלו להמשך שרשרת מעבר ה -eאשר מסתיימת ב .PSIה -eהנ"ל מועברים ,אחד אחד ,לפלסטוציאנין ( ,)Pcחלבון נחושת שנמצא 2 . QH 2 2 Pc(Cu 2 ) Q 2 Pc(Cu ) 2 H thylakoidהפרוטונים ממפלסטוקווינול משוחררים לתוך בלומן התילקואיד.
לומן התילקואיד .הקומפלכס Cyt-bfמכיל 4תת יחידות .קומפלכס זה מזרז את התג' דרך מעגל Qבחצי הראשון של המעגל QH2 ,מחומצן ל ,Q-כל פעם -eאחד Pc .זהו חלבון קטן ומסיס עם יון נחושת בודד.בצורתו המחומצנת ל Pc-צבע כחול מאוד .החמצון של QH2מסתיים בשחרור +2Hללומן התילקואיד .בחצי השני של מעגל Q, Cyt-bfמחזר מולקולה שניה של Qל ,QH2-לוקח +2Hמצד אחד של הממברנה ואז מחמצן מחדש QH2כדי לשחררם בצד השני של הממברנה. האנזים ממוקם כך שהפרוטונים משוחררים ללומן התילקואיד (נלקחים מהסטרומה) ,תורם למפל הפרוטונים לאורך הממברנה .השלב האחרון בריאקציות האור מזורז ע"י ( PSIהומולוגי ל PSII-ב .)40%-גרעין מע' זו הוא זוג של שתי תת יחידות psaAו psaB-זהות .זוג מיוחד של מול' כלורופיל נמצא במרכז המבנה וקולט אור מקסימלי ב .700nm-מרכז זה, ,P700מאתחל הגברה בהפרדת מטענים .ה -eמועבר לאורך הדרך בכלורופיל באתר A0ו Q-באתר A1לסט צבתים של 4Fe- .4Sמשם ה -eעובר לפרדוקסין ( ,)Fdחלבון מסיס המכיל צבת .2Fe-2Sהמטען החיובי של +P700מנוטרל ע"י מעבר -eמ- Pcמחוזר .התג' הכוללת המזורזת ע"י PSIהיא תג' חמזור פשוטה→ Pc(Cu +2 ) + Fd red : . Pc(Cu + ) + Fdox lightתג' זו מזורזת ע"י קליטת פוטון ב λ=700nm -בעל אנרגיה של .40.9Kcal/molהשיתוף בין PSIל PSIIיוצר מעבר -eממים ל- .+NADPחיזור +NADPמזורז ע"י פרדוקסין +NADP-רדוקטאז .קב' ה FAD-המקושרת באנזים זה מקבלת ,-eאחד בזמנו ,מ 2-מול' פרדוקסין מחוזר ,כאשר זה עובר מהצורה המחומצנת שלו דרך חומר ביניים (סמיקווינון) לצורה המחוזרת המלאה .לאחר מכן ,האנזים מעביר יון הידריד ל +NADP -ליצירת .NADPHתג' זו מתרחשת בסטרומה .לקיחת הפרוטון לשם חיזור +NADPממשיכה לתרום לגרדיאנט הפרוטונים לאורך ממברנת התילקואיד .סינתזת ATPמונעת ע"י כוח של מפל פרוטונים .החלל התילקואיד נהיה מאוד חומצי .pH~4 ,האנרגיה נקראת כוח פרוטוני מניע Δpוהוא מורכב מ2- מרכיבים :גרדיאנט מטען וגרדיאנט כימי .בכלורופלסטים כמעט כל Δpנובע מגרדיאנט pHבעוד שבמיטו' ישנה תרומה גדולה מפוטנציאל הממברנה .הסיבה להבדל זה נובעת מחדירות ממברנת התילקואיד ל Mg+2-ול .-Cl-מעבר +Hהמוגבר בגלל האור לחלל התילקואיד מלווה במעבר כלוריד באותו הכיוון או Mg+2בכיוון ההפוך .כתוצאה מכך נשמרת נייטרליות חשמלית ולא נוצר פוטנציאל מטען ממברנלי Δp .מומר ל ATP-ע"י ATPסינתאז של כלורופלסטים ,הנקרא גם קומפלכס .CF1-CF0הוא דומה לזה של המיטו' CF0 .מעביר פרוטונים לאורך ממברנת התילקואיד בעוד ש CF1-מזרז היווצרות ATP מ ADP-ו .Pi-האוריינטציה הממברנלית של CF1-CF0היא הפוכה .אם כך ,פרוטונים זורמים מהלומן דרך ATPסינתאז לתוך הסטרומה .כיוון ש CF1-מצוי בשטח הפנים של הסטרומה ATP ,הנוצר משוחרר ישירות לתוך הסטרומה.זרימת e מעגלית דרך PSIמובילה ליצירת ATPבמקום .NADPHה -eבפרודוקסין המחוזר יכולים להיות מועברים לקומפלכס Cyt-bfולא ל .+NADP-לאחר מכן ה -eזורם חזרה דרך הקומפלכס Cyt-bfלחיזור Pcשיכול להיות מחומצן מחדש ע"י +P700להשלמת המעגל .תוצאה נטו של מעגל זה היא שאיבת +Hע"י .Cyt-bfמפל הפרוטונים הנוצר מניע סינתזת .ATP בתהליך זה ,פוטופוספורילציה ATP ,נוצר ללא הווצרות NADPH. PSIIלא משתתף בפוספורילציה מעגלית וכך O2לא נוצר ממים .פוספורילציה מעגלית מתרחשת כאשר +NADPאינו זמין לקבל -eמפרודוקסין מחוזר בגלל יחס גבוה מאוד של NADPHל .+NADP-תג' נטו . 2 NADP + + 3 ADP −3 + 3Pi − 2 + H + → O2 + 2 NADPH + 3 ATP −4 + H 2O :פיגמנטי עזר ,כגון כלורופיל ,ופיגמנטים אחרים מקושרים למרכזי ריאקציה .פיגמנטים אלו קולטים אור ומזרימים את האנרגיה למרכז הריאקציה לשם המרה לצורות כימיות .יש 2תנאים להעברת האנרגיה)1 :ספקטרום הפליטה של התורם מספיק קרוב לספקטרום הבליעה של המקבל ()100-150nm). 2קרבה פיזית בין מול' הפיגמנט .כלורופיל bוקרוטיאונידים הם מול' קוצרות אנרגיה ומזרימות אותה למרכז הריאקציה .כלורופיל bקולט אור בטווח .450-500nmקרוטיאונידים הם פוליאנים נרחבים הקולטים אור בטווח ,400-500nmאחראים כמעט על כל הצבעים הצהובים והאדומים .פיגמנטי העזר נערכים במס' קומפלכסים קוצרי אור שמקיפים באופן מושלם את מרכז הריאקציה .מעכבים -DCMU :מעכב מעבר -eל- .Cyt-bfפלוריזין -מעכב את ATPסינתאז (את -F0). NH4Clמפר צימוד -DCCD .מעכב העברת פרוטונים דרך ,F0ברגע שיש פגיעה בסינתזת ATPאז יש פגיעה במעבר -e-. EDTAמפר צימוד .מפריד בין F0ל -F1. EDTA+DCCD-ביטול הפרת צימוד. טרנספורט – מעבר חלבונים דרך הממברנה:ריכוז היונים בתא שונה מריכוזם בדם :ריכוז +Kבתוך התא 400mMלעומת 2 + + 20mMבדם ,ריכוז Naבתא 50mMלעומת 440mMבדם ,ריכוז Clבתא 40-150mMלעומת 560mMבדם ,ריכוז Ca בתא 0.0003mMלעומת 10Mmבדם .מה יכול להבטיח כניסה ויציאת ובניית מפלי ריכוזים? חלבונים שנמצאים בממברנה .החלבונים מעניקים לממברנה חדירות – ספציפיות וכיוון מסוים.מעבר פסיבי – דיפוזיה.יש פשוטה ויש מזורזת. פשוטה – לפי מפל ריכוזים .מזורזת – דרך נשאים או תעלות .קצב המעבר בדיפוזיה הוא לינארי (הפרש הריכוזים) .קצב המעבר במזורזת – פונקציית רוויה .הרוויה זה כשכל הנשאים תפוסים ועושים את העבודה במהירות המקסימלית. ולינומיצין-דוגמא לנשא שמעביר יוני +Kאל תוך התא .זה מבטל את מפל הריכוזים .גראמיצידין -Aדוגמא נוספת לאנטיביוטיקה משמשת כתעלת מעבר ליונים .אנטיביוטיקה זו מחוררת את הממברנה ונגדה אין עמידות .מדובר בפוליפפטיד קצר שמבנהו αהליקס 2 .סלילים בונים תעלה בממברנה שעוזרת לקטיונים לחדור את הממברנה .כל מולקולת גראמיצידין בונה 0.5תעלה .מעבר אקטיבי 3-מנגנונים.1 :משאבות יונים-מערכת מעבר אקטיבי ראשוני .מצמידים פירוק ATPעם העברת יונים נגד מפל הריכוזים -Cotransport systems.2 .מערכת מסוג משני אין השקעת אנרגיה ישירה אלא ניצול מפלי יונים אחרים .3.מעבר תוך שינוי קונפורמציה ,למשל גלוקוז שמעברו מתרחש עקב זרחון הגלוקוז כשהוא נכנס לתא מחליפים מפל ריכוזים של גלוקוז לגלוקוז-פוספט.אנטיפורטר-צימוד של שני מפלים בכיונים מנוגדים .סימפורטר- העברת יונים באותו כיוון כאשר מפלי הריכוזים יכולים להיות מנוגדים.יוניפורט-מעבר חומר אחד עם מפלי הריכוזים.משאבת נתרן אשלגן -טרנספורט זה הוא אלקטרוגני (אין שוויון במס' היונים היוצאים ונכנסים) ,נוצר פוטנציאל חשמלי על הממברנה של ~ 50-60mMעם מטען חיובי מחוץ לתא ושלילי בתוכו .פוטנציאל זה מאפשר הנעה של טרנספורט משני .בעזרת המשאבה מקבלים פוטנציאל אלקטרוכימי על הממברנה שמתפרש מיד (מהר) על כל פני שטח הממברנה וכך מספק אנרגיה לכל מקום שם נדרש מעבר חומרים דרך הממברנה .פוטנציאל חשמלי הוא המקור להעברת אותות במע' העצבים.מעבירה 3יוני נתרן החוצה ומכניסה 2יוני אשלגן פנימה .מורכבת מ 2תתי יחידות אלפא-עליהם אתרי הקישור לסטרואידים מעכבים ו 2תתי יחידות בטה-אתר קישור ל -ATP. E1בעל זיקה גבוהה לנתרן ונמוכה לאשלגן.אחרי זירחון וקישור נתרן והידרוליזה של ATPנוצרת קונפורמציה לא יציבה והופכת ל -E2זורחן .אתרי הקישור לנתרן נפתחים החוצה וזיקתם לנתרן יורדת והוא משתחרר.זיקה לאשלגן עולה ולמרות ריכוזו הנמוך בחוץ הוא יקשר.אז מתרחשת דפוספורילציה והקומפלקס הופך להיות E2שהוא לא יציב והופך ל .1Eהדפוספורילציה מתרחשת עקב עיכוב סטרואידים.המעכבים של התעלה-דיגיטוקסיגנין ואואבין מצמח הדיגיטליס.צמח זה משומש כתרופה נגד מחלות לב כי עיכוב חלקי של משאבה זו עוזרת להתכווצות הלב.בשלב הראשון יש עלייה בכמות הסידן וזה מפעיל את התכווצות השריר.משאבת הסידן שואבת סידן בתא מציטופלסמה לרטיקולום ומשאבת נתרן אשלגן שעושה פוטנציאל על הממברנה גורמת לסידן לצאת החוצה על חשבון מפל נתרן-סידן .אם משאבת נתרן מעוכבת פחות סידן יוצא החוצה וריכוז סידן בתא עולה .העיכוב הוא ע"י חסימה ומניעה של דפוספורילציה של E2מזורחן .האנזים שמבצע הידרוליזה של ATPבנוכחות יוני נתרן ואשלגן בלבד +Mg2+כקופקטור נקרא . Na-K ATPaseהפוספורילציה לא דורשת אשלגן והדפוספורילציה לא דורשת נתרן ומגנזיום. דיפוזיה מזורזת מוגבלת מבחינת המהירות לא כמו דיפוזיה רגילה .מה שמאפיין את קצב דיפוזיה רגילה זה מקדם הדיפוזיה (השיפוע) ; ∆Gconc = − RT ln(Cout / Cin ) ; ∆ Gvolt = ZFV .עבור חומרים הנכנסים לתא:
F=23.1kcal/V*mol ; ∆ Gin = − ∆ Gout ; ∆ Gin = − RT ln(Cout / Cin) + ZFVבשאלות מסוג זה יש לשים לב לכיוון וליחידות .קצב העברה של תעלה הרבה יותר גבוה משל נשא כיוון שנשא צריך לעבור שינוי קונפורמציה בשביל העברה דבר הלוקח זמן רב ,בתעלה יש שינוי חד פעמי -פתיחת התעלה .סיבה נוספת היא שתעלה היא "חור" ,היונים עוברים דרכה בחופשיות ואילו בנשא מדובר בקשירת חומר והוצאתו -אין מעבר חופשי של חומרים .גם לתעלות וגם לנשאים ספציפיות.השוואה בין אנזים לתעלה/נשא :דומה-מיכאליס מנטן,אתר פעיל ,יצירת קומפלקס ,שונה -תעלות מזרזות תהליך פיזיקלי ולא כימי ,אין תוצר חדש .חשיבות פוטנציאל חשמלי כמע' מעבר סיגנלים -מבחינים ב 2-סוגי תעלות :תעלות תלויות ליגנד :בעקבות קשירת ליגנד לתעלה יש פתיחה שלה .דוגמא אצטיל כולין רצפטור .תעלות תלויות מתח :יש פתיחת התעלה בגלל שינוי במתח ,שינוי בפוטנציאל ממברנה .דוגמא :תעלת אשלגן .בתעלות מסוג זה החלק שרגיש לשינוי במתח voltage sensorקולט מידע לפתיחת התעלה -Gate .השער ,החלק שנפתח או נסגר כתוצאה משינוי במתח-Pore . הסלקטיביות הראשונית של התעלה .יש הגבלת גודל ,לא ספציפי .יכולים להכנס ל poreכל מיני חומרים ,בעיקר לפי גודל. -Filterמעניק לתעלה את הספציפיות שלה .תעלות תלויות מתח בעלות ספציפיות גבוהה .תעלת אשלגן :יש לה פילטר מאוד ספציפי .בנוייה מ 4-תת יחידות שכל תת יחידה היא בעצם 2שרשראות αהליקס ,כאשר הפילטר הוא באזור החיבור של 4 תת יחידות .פתח ה pore A10ופתח הפילטר .A 3נתרן לא יעבור בה .יוני נתרן יותר קטנים מיוני אשלגן אך זוהי לא הסיבה העיקרית .ההסבר נעוץ במבנה הפילטר .היונים קשורים למולקולת מים ובשביל לעבור בתעלה הם צריכים לעבור דהידרטציה .בעת היציאה הם עוברים הידרטציה בחזרה .בפילטר הסלקטיבי יש קב' שעוטפות את האשלגן כאילו היה עטוף במולקולות מים .המרחקים מותאמים לגודל אשלגן -מבנה ספציפי לאשלגן .יש צורך בהשקעת אנרגיה על מנת שאשלגן יעבור דהידרטציה ויש שחרור אנרגיה בקישור אשלגן לתעלה -סה"כ ΔGשלילי .דהידרטציה של יוני נתרן דורשת יותר אנרגיה ובקשירת נתרן לתעלה יש שחרור נמוך יותר של אנרגיה -סה"כ ΔGחיובי .יכולים להקשר 4יוני אשלגן לפילטר בו זמנית .מדובר בתהליך מתמשך :אשלגן נכנס לפילטר ואז בא עוד יון להקשר ,נוצרת דחייה ויון האשלגן הראשון עובר אתר קשירה ומאפשר ליון שנכנס להקשר לתעלה -כל יון שנכנס "דוחף" את זה שלפניו .חשוב לציין שהמטען של האשלגן לא משתנה,הקשרים עם הפילטר הם קואורדינטיביים.תעלת נתרן :תלויית מתח .הפילטר הסלקטיבי שלו זה בעצם הגודל .נתרן עובר את התעלה ללא הידרטציה (יכול לעבור כשהוא ממוים) .אורך הפילטר .A 5פוטנציאל פעולה :העברת אימפולס עצבי, או מתא עצב לתא עצב שכן או מתא עצב לתא שריר .מה שקובע בעיקר את פוטנציאל הממברנה זה אשלגן תעלות אשלגן יותר פעילות מנתרן .ניתן להוכיח זאת ע"י הצבה במשוואה במצב רגיל של ,T=310Kשוו"מ ופעילות משאבה נורמלית והשוואת התוצאה למצב שבו המשאבה מעוכבת ( Cinקטן ו Cout-גדל) .רואים שמתרחשת דפולריזציה ,כלומר נתרן משפיע פחות על פוטנציאל הממברנה מאשר אשלגן.התעלה הראשונה שגורמת לתחילת הפעולה אצטיל כולין רצפטור- הליגנד הוא אצטיל כולין .בנוייה מ 5-תת יחידות כשאצטיל כולין יכול להקשר ב 2-אתרים .כשאצטיל כולין נקשר לרצפטור התעלה נפתחת ויש מעבר קטיונים,בעיקר נתרן.הליגנד נקשר לרצפטור שהוא התעלה בעצם ויש שינוי קונפורמציה והתעלה נפתחת .יש כניסת נתרן ויציאת אשלגן וכך נוצר פוטנציאל פעולה (אצטיל כולין נקרא נוירוטרנסמיטור) .בין תא עצב לתא שריר יש מרווח קטן (המרווח הבינסינפטי) .יש שחרור של ויסיקולות שבהן אגור אצטיל כולין .האצטיל כולין משתחרר וגורם להתחלת פוטנציאל פעולה בתא העצב או השריר .האימפולס מתחיל משחרור אצטיל כולין מהתא הפרהסינפטי (מעביר) .לאחר מכן אצטיל כולין נקשר לאצטיל כולין רצפטור שנמצא על התא הבא (פוסט סינפטי) .יש פתיחה של התעלה ובעיקר כניסת יוני נתרן לתוך התא .הדבר גורם לירידה במטען שבתוך התא (דפולריזציה) ,פחות מטען שלילי בתוך התא. תעלת נתרן תלויית המתח נפתחת ב 40mV-~ -ובגלל הדפולריזציה יש פתיחה של תעלת הנתרן .נתרן יעבור לפי מפל ריכוזים מחוץ התא לתוכו .מתרחשת שוב דפולריזציה ,פידבק חיובי ייגרום לפתיחת עוד תעלות נתרן תלויות מתח .כעת, נכנסות לפעולה תעלות אשלגן תלויות מתח ,כלומר ,בנוסף לתעלות הנתרן יש פתיחה של תעלות האשלגן .תעלות הנתרן מתחילות להסגר ,אשלגן יוצא מהתא -היפרפולריזציה .המטען השלילי גדל (מחיובי לשלילי).אצטיל כולין אסטראז הוא אנזים שמפרק אצטיל כולין ונמצא במרווח הבינסינפטי .הוא יכול להיות מעוכב ע"י גז עצבים וע"י פוספטים אורגניים. לאנזים יש סרין באתר הפעיל והפגיעה באנזים היא בו( .כגון פעולת גז עצבים סרין) תכונות של טרנספורטרים :חלבונים אלו הם חלבונים ממברנליים ,אי אפשר לנקות אותם בשיטות רגילות .יש להוציאם מהממברנה ולהשאירם במצב הנטיבי בעזרת דטרגנטים .דטרגנטים מתחרים עם הפוספוליפידים וממיסים אותם בפאזה מימית .לאחר שמבודדים את החלבון מרכיבים אותו מחדש בממברנה מלאכותית -ויסיקולות ,ליפוזומים מלאכותיים- רקונסטיטוציה .בונים מערכת "טבעית" רק שהממברנה מכילה רק חלבון אחד .כך ניתן ללמוד ריאקציה של מעבר חומר דרך הממברנה .מאפייני נשאים :אפיניות לחומר וקצב העברה .שיטה אחרת מאוד נפוצה לחקר נשאים ותעלות בממברנה טבעית :פאטצ' קלאב -משתמשים בפיפטת זכוכית עם קצה מאוד דק (קוטרה כמה מיקרונים ,כגודל התא) .מתקרבים איתה לתא ומתחילים לשאוב ואז )1 :לנער -הצד החיצוני נשבר .בפיפטה יש אלקטרוליט וניתן למדוד זרם חשמלי .אם יש תעלה אז נוכל לבדוק חדירות יונים דרך הממברנה .ניתן להחליף תמיסה חיצונית או פנימית ולבדוק האם יעבור נתרן או
אשלגן ,מהו סוג החדירות ,קצב ,תלות במפל הריכוזים )2 .לשאוב קצת יותר חזק כך שהחלק הפנימי יישבר ותכולת התא תישפך לתוך הפיפטה ,כך נוכל למדוד את חדירות הממברנה לכיוון אחר .תעלות יכולות להיות ב 2-מצבים :פתוחה וסגורה. כאשר התעלה סגורה החדירות מאוד נמוכה ומאופיינת ב .)pA (10-12A -תעלה מאופיינת ע"י כמה פרמטרים -הכי חשוב זה הספציפיות ליון מסויים .בתעלה לנתרן החדירות של אשלגן מאוד נמוכה ובתעלה לאשלגן החדירות של נתרן מאוד נמוכה. אילו כוחות קובעים את כיוון וקצב ההעברה? ישנה כוס המחולקת ל 2-ובאמצע מחיצה ,אין חדירות ומעבר יונים בין 2 חצאי התא .הריכוז כולל של הקטיונים והאניונים ב 2-התמיסות שונה ,הלחץ האוסמוטי שונה .מה שקיים זה מפל ריכוזים של נתרן ואשלגן .אם נמדוד את פוטנציאל התא נראה שעל המחיצה הפוטנציאל .0נפתח רק חדירות לנתרן על המחיצה .יוני נתרן ינועו מצד אחד לשני לפי מפל ריכוזים -יש העברה נטו של מטען וזה גורם למפל חשמלי על המחיצה .מה שקובע את ~ הכיווניות זה פוטנציאל אלקטרוכימי .Δμמשוואת נרנסט-Z ∆ µ ( Na ) = RT ln[C1 / C 2] + ZF∆Ψ :מטען-F ,קבוע פארדיי -ΔΨ ,הפרש מפלים חשמליים .הטרנספורט ייעצר כאשר המערכת תגיע לשוו"מ ,Δμ=0כלומר ). ∆Ψ = − ( RT / ZF ) ln(C1 / C 2במקרה של קטיון חד ערכי ,Z=1המינוס מצביע על כיוון ΔΨמנוגד למפל הריכוזים. בשביל קטיון חד ערכי בטמ"פ החדר RT/ZF=59mVכאשר lnהופך ל .log-כך ניתן לחשב פוטנציאל שיופיע על מד מתח. אם פותחים מעבר לקטיון אחד ומפל הריכוזים הוא פי 10אזי .ΔΨ=-59mVמשוואת נרנסט מאפשרת חישוב מפל ריכוזים/פוטנציאל חשמלי ליון מסויים .משאבות יוניות :מנצלות אנרגיה של ATPכדי להניע מעבר יוני נגד מפל הריכוזים ובונות מפל ריכוזים על ממברנות שונות 25% .מרווח האנרגיה המתקבל מ ATPהולכים לבניית מפל ריכוזים במשאבות יוניות .המשאבות היוניות מדורגות לפי 3סוגים עיקריים :class P :שמן נובע מתכונה עיקרית של המשאבות -במהלך פעילותן עוברות מודיפיקציה קוולנטית ע"י פוספט שמגיע מ ATPהמפורק באתר הפעיל של המשאבה .זהו שלב הכרחי, חיוני .מתעסקות בהעברת יונים חד ודו ערכיים .H+, Na+ ,K+, Ca+2נמצאות גם בממברנה ציטופלסמטית של כל התאים האאוקריוטים ,גם בממברנה פלסמטית של צמחים ,חיידקים ופטריות .עובדות כמשאבות ובונות מפל יונים על חשבון פירוק :ATP. Class Fשמן נובע מפקטור הצימוד ( .)Fמעבירות אך ורק יוני מימן ותפקידן סינתזת ATPבמיטוכונדריה על חשבון מפל פרוטונים על הממברנה .זוהי משאבה הפיכה ויכולה לבנות מפל ריכוזים על חשבון .ATPנמצאות בממברנה של כלורופלסטים ( ATPעל חשבון אור -פוטוסינתיזה) ,תילאקואידים ובממברנה פלסמטית של חיידקים :Class V .משאבות שמצויות בואקואלות (איברים תוך תאיים שתפקידם לאכסן פסולת ,או שנוצרים כתוצאה מאנדוציטוזה).מעבירות פרוטונים בלבד .דומות במבנה ל F-אך תפקידן לבנות מפל פרוטונים על הממברנה על חשבון .ATPהמטרה לגרום לחומציות החלל הפנימי של ואקואלות ,תפקידן לפרק חלבונים או פסולת וב pH-נמוך פירוק חלבונים או חומרי פסולת מתרחש מהר יותר .פוטנציאל פעולה -סיגנל חשמלי שנוצר בקצה תא עצב ,מתפזר לאורך התא וגורם להעברת אותות .מבנה משאבת נתרן-אשלגן 2 :תת יחידות αו 2תת יחידות .βבתת יחידות αהאתר לקישור ATPפונה לתוך התא והאתר לקישור סטרואידים פונה החוצה .זוהי תעלה אסימטרית .מה שמאפיין מפל ריכוזים זה הכיוון .המשאבה היא אנזים! משאבה מקטלזת ריאקציה של העברת יונים דרך הממברנה ,יש פירוק -ATPפעילות אנזימטית .הסובסטרט :יונים ו.ATP- התוצר ADP+Pi :ומפל ריכוזים .העברת יונים נגד מפל ריכוזים זוהי עבודה כימית ,יש צורך להשקיע אנרגיה לביצוע עבודה ואנרגיה זו באה מפירוק .ATPמנגנון פעולה :לאנזים אתרי קשירה לנתרן ולאשלגן .בשלב ראשון 3יוני נתרן נקשרים עם אפיניות גבוהה מהצד הפנימי של הציטופלסמה -מאפשר פירוק .ATPמתרחש זרחון (על אספרטט ונוצר קשר קוולנטי פוספוריל אספרטט) והצורה המזורחנת של האנזים מקבלת קונפורמציה שונה כך שתאי הקשירה של נתרן פונים החוצה. קונפורמציה זו מאופיינת באפיניות נמוכה לנתרן מה שגורם לדיסוציאציה של יוני הנתרן .לאחר מכן מתאפשרת פתיחה ואסוציאציה של יוני אשלגן מהצד השני .קישור יוני אשלגן מאפשר דפוספורילציה והחזרת האנזים לצורתו המקורית. האנזים יכול להיות ב 2-צורות 1E :ו .2E-ההבדל ביניהן אוריינטציה ואפיניות ליוני נתרן ואשלגן 2 .הצורות יכולות להיות במצב מזורחן ולא מזורחן .זרחון 1Eדורש קישור של יוני נתרן ו .ATP-הצורה E1-Pאינה יציבה ומשנה קונפורמציה לE2- - .Pצורה זו מאופיינת ע"י אפיניות גבוהה לאשלגן ונמוכה לנתרן -נתרן עובר דיסוציאציה ואשלגן נקשר .קישור אשלגן הוא תנאי הכרחי לדפוספורילציה והפיכת האנזים למצב לא מזורחן 2E. 2Eאינה יציבה והופכת באופן ספונטני ל .1E -דבר זה מחזיר את המשאבה לאפיניות גבוהה לנתרן ונמוכה לאשלגן כשאתרי הקשירה פונים פנימה .גורם לדיסוציאציה של אשלגן לתוך הציטופלסמה ,קשירת נתרן וחוזר חלילה .פוספורילציה/דפוספורילציה וקישור נתרן/אשלגן הם תהליכים מצומדים. תפקידים עיקריים :היא שומרת על יציבות לחץ אוסמוטי בתא ,משפיעה על ריכוזי כל היונים שבתא .שומרת על ריכוז גבוה של אשלגן בתוך התא ,אשלגן הוא קופקטור של הרבה אנזימים בתא שלא יפעלו ללא אשלגן .שומרת על פוטנציאל הממברנה -בפנים מטען שלילי ביחס לחוץ .היא מחזירה למצב התחלתי תאים שעברו תהליך של פוטנציאל פעולה .גורמת ליצירת אנרגיה לטרנספורט .גורמת ליצירת חום. משאבת סידן :תפקידה להחזיר את הסידן לתא אחרי שהוא משתחרר בהתכווצות השריר.נמצאת בממברנה של הרטיקולום האנדופלסמטי .הרטיקולום הוא מאגר ליוני סידן .משאבת הסידן אחראית להעברת סידן ל( ER-או סארקופלסמטי בשרירים) .משאבת סידן מסוג ,Pכלומר כוח מניע זה פירוק ATPובאמצע יש אנזים מזורחן .לאנזים 3דומיינים-N : לקשירת -ATP. Aלהתמרת אנרגיה ו -Pעובר זרחון Asp351 ,עוברת זרחון .זרחון ח' אמינו אחת בחלבון ענק גורם לשינוי קונפורמציוני .מנגנון הפעולה :מאוד דומה לנתרן-אשלגן .ל 1E -נקשרים 2יוני סידן .פירוק ATPוזרחון מותנים בקשירת סידן .זרחון מעביר מ E1-ל .E2-בצורה זו אתר הקשירה פתוח לצד השני של הממברנה .יש שחרור סידן ודפוספורילציה .יש לנו 2Eלא יציב שהופך בחזרה ל .1E-לצורה 2Eיש אפיניות גבוהה לסידן מהצד הציטופלסמטי .קישור סידן מאפשר פירוק ATPוזרחון .1Eהזרחון מעביר לצורה 2Eכשאתר הקשירה פונה לתוך ה ER-ומאופיין באפיניות נמוכה לסידן .שחרור סידן מאפשר דפוספורילציה 2E .חופשי אינו יציב והופך חזרה ל 1E-וחוזר חלילה .פעילות משאבת נתרן-אשלגן חשובה מאוד לאספקת אנרגיה לטרנספורט אקטיבי משני .המשאבה בונה מפל ריכוזים ומפל חשמלי וניתן לנצל זאת כדי להניע מעבר גלוקוז מחוץ התא לתוך התא נגד מפל הריכוזים של גלוקוז (למשל) .מפל ריכוזים של נתרן מניע מעבר גלוקוז נגד מפל הריכוזים .בחיידקים :מתרחש טרנספורט של לקטוז על חשבון מפל פרוטונים :ATP-ADP translocase .נשא .דורש השקעת אנרגיה .מעבר ATPל ADP-הוא אלקטרוגני ( -3לעומת .)-2נוח לזרז את ההחלפה ע"י מפל חשמלי על הממברנה. מודל כדור ושרשרת של עיכוב משאבה – אם יש דפולריזציה אז יש תנועה של מטענים ושינוי קונפורמציה ובעקבות זה התעלה נפתחת .כאן נכנס לפעולה כדור הקשור בקשר גמיש עם התעלה,המטען החיובי שלו עובר אינטראקציה עם המטען השלילי של התעלה והיא נסתמת.שאלות:ביציות בודדו מבע"ח ימי ונבדק pHהתמיסה שלהם .נמצא שחלה ירידה בpH- התמיסה ועליה ב pH-התוך תאי .שינויים אלה התקבלו רק כשהיה נתרן בתמיסה החיצונית .על סמך זה הוצא כי תהליך ההפריה דורש טרנספורט פרוטונים התלוי בנתרן.א)על סמך ניסויים אלה איזו מע' טרנספורט עשויה להביא לשינויי pH התלויים בנתרן?אנטיפורטר-פרוטונים יוצאים החוצה ונתרן נכנס פנימה .תהליכים מצומדים,אחד עם מפל הפרוט' ואחד נגד.ב)מה יקרה אם יהיה נשא ספציפי ליוני נתרן?יוריד את מפל הריכוזים של הנתרן וזה הכח המניע למעבר פרוטונים החוצה ולא יהיה מעבר פרוטונים החוצה.ג)האם זה טרנספורט אלקטרוגני וכיצד ניתן לבדוק?זה תלוי ביחס של ()+ים משני הצדדים.מאחר שלא ניתנו כמויות של חומרים לא ניתן לדעת.אם רוצים לבדוק אם מע' היא אלקטרוגנית-נבודד ממברנה עם מע' טרנספורט ונשים ריכוזים שווים של נתרן ופרוטונים ונראה אם יהיה הפרש פוטנציאל. סכרת ואינסולין :המאפיין של סוכרת הוא אי סבילות לסוכר .הגוף מקבל את רוב האנרגיה מגלוקוז אינסולין ,הורמון המיוצר בלבלב ,מאפשר לרקמות הגוף לקלוט גלוקוז מהדם ולהשתמש בו ליצירת אנרגיה או לאחסן אותו .במצב של סוכרת קיים חוסר יחסי באינסולין (או שהלבלב לא מייצר מספיק אינסולין או שהרקמות אינן מגיבות לו כראוי) ,ולכן כמות קטנה בלבד של גלוקוז מנוצלת על-ידי הרקמות ,ואילו ריכוז הגלוקוז בדם עולה לרמות לא תקינות (היפרגליקמיה) .רמת הגלוקוז הגבוהה בדם היא הגורם למרבית הנזקים האופייניים למחלת הסוכרת.אחרי צריכת פחמימות הרמה של גלוקוז בדם צריכה להתייצב חזרה אחרי כשעתיים.היכן אינסולין מופרש? כשיש שפע אנרגיה בדם,גורם לאחסון הפחמימות העודפות,עוזר לספיגה של ח.אמינו שיהפכו לחלבונים וכאשר יש עודף מהן הפרשתו מעוכבת,מופרש בכמות גדולה פי עשר תוך מס' דקות שבהן יש העלאה חדה של גלוקוז בדם,מגיב מהר בכמותו לעליה או ירידה של גלוקוז בדם,יש הורמונים שיכולים לשלוט בהפרשתו כגון הורמון גדילה.היכן אינסולין נוצר? בתאי ביתא בלבלב.זמן מחצית חייו בפלסמה זה 6דקות ונעלם לגמרי אחרי .15כאשר הוא קשור לרצפטורי המטרה שלו הוא לא מופחת כה במהירות.השפעתו על הגוף:פותח את השער של המולקולה שמעבירה דרכה גלוקוז,חדירות גבוהה לח.אמינו,במידה של חוסר בהתעמלות אחרי ארוחה עוזר באגירת גליקוגן בכבד ושרירים,ויכול להיות מומר לגליצרול ברקמת שומן (אח"כ מצורף לח' שומן כדי ליצור שומן).השפעת אינסולין על הכבד:מעלה את אקטיביות האנזימים המשתתפים ביצירת גליקוגן,מעכב את הפוספורילז של הכבד שמפרק גליקוגן,גלוקוז מזורחן פעם אחת בתאי כבד כדי שלא יוכל לצאת דרך מולקולת טרנספורט שלו,כשיש עודך גלוקוז אינסולין עוזר להפיכת גלוקוז לח' שומן שמועברות לרקמת שומן כ.VLDL-הכבד סופג 2/3של גלוקוז מהמעים ואז משחרר אותו כשרמת אינסולין יורדת.השפעת אינסולין על המוח:לא משפיע .אם יש מעט מדי גלוקוז בדם,ההיפוטלמוס גורם להפרשת אפינפרין שגורם לפירוק גליקוגן בכבד ושומנים ברקמת שומן.השפעת האינסולין על מטבוליזם של ח' שומן :מפחית את השימוש בשומן ובמקום משומש הגלוקוז,מקדם סינתזת ח' שומן בכבד ויצירת גליצרול ברקמת שומן,מעכב את האנזים שמשחרר חומצות שומן לדם,מזרז ספיגת גלוקוז לתאי שומן כדי להפוך לגליצרול.השפעת אינסולין על מטבוליזם של חלבונים וגדילה:גורם לטרנספורט אקטיבי של ח' אמינו רבות,מזרז יצירת חלבונים,משפיע בטווח הארוך על תעתוק ,DNAמעכב גלוקונאוגינזה ע"י עיכוב קטבוליזם של חלבונים וח' אמינו.בירידה של גלוקוז בדם:הלבלב מפחית הפרשת אינסולין,זה מפסיק את האגירה של גליקוגן והוא מתחיל להפוך לגלוקוז,במחסור גדול באינסולין יש פירוק שומנים-DIABETES MALLITUS.הסיבה כאן לסוכרת היא התפתחות של התנגדות לאינסולין ברקמות (הן אינן מאפשרות לאינסולין לבצע את פעולתו הרגילה).נוצר כתוצאה להפרשת אינסולין מופחתת ע"י תאי ביתא.התורשה זה גורם חשוב כי מגביר את החשיפה של תאי ביתא לוירוסים,מגביר יצירת נוגדנים עצמיים נגד תאי ביתא,או גורם להתנוונותם.השמנת יתר יכולה לגרום לתאי ביתא להיות פחות נתונים לסטימולציה ע"י גלוקוז ויכולה לגרום להפחתת רצפטורים לאינסולין בתאי מטרה וכך להפחית את השפעת האינסולין.מחסור באינסולין גורם לרמת גלוקוז גבוהה בדם שגורמת לתא להתייבש.מה ההשפעה של עודף ח' שומן בפלסמה?מזרז הפיכת ח' שומן לפוספוליפידים וכולסטרול בכבד,ואלה משוחררים לדם כליפופרוטאינים.עודף ח' שומן וחוסר אינסולין מגביר את המטאבוליזם של ח' שומן בכבד ונוצא אצטיל CoAשהופך לח' אצואצטית ומשוחרר לדם.כדי להפתר מעודף גופי קטון צריך להגיבם עם נתרן בשתן וזה גורם למחסור בנתרן שמוחלף ע"י יוני מימן מתוך חומצות קטו,ומעלה חומציות שגורם לנשימה עמוקה ומהירה הגורמת לעודף נשיפה של CO2וזה גורם לאיבוד ביקרבונטים בנוזל הבין תאי וכאשר ה pH-נופל מתחת לשבע,תוך מס' שעות האדם ימות.השפעת מחסור באינסולין על חלבונים:מאגר חלבונים יורד לכחצי,מוגבר הקטבוליזם של החלבונים,נעצרת הסינתזה שלהם וח' אמינו משוחררות לדם וכך ריכוזם עולה בפלסמה שממנה הם מפורקים בשביל אנרגיה .זה גורם לתוצרת ureaבשתן ויכול להשפיע על אקסונים בתאי עצב.טיפול בסכרת:לתת אינסולין בזמנים קבועים,התעמלות (שרירים יותר חדירים לגלוקוז ויש השפעה דומה לשל אינסולין).מהו איפראינסוליניזם ושוק אינסולין? HIזה יצירה מוגברת של אינסולין הנגרם ע"י גידול בלבלב.זה גורם לרמת גלוקוז נמוכה בדם.שוק אינסולין יכול להגרם מלקיחת עודף אינסולין.