Title: 2. ročník / Biochémia / LS / 11. Dýchací řetězec

Q: Kde sa nachádza dýchací reťazec?
A: Vo vnútornej mitochondriálnej membráne.

Q: Aká je funkcia vonkajšej mitochondriálnej membrány?
A: Ohraničuje mitochondriu, obsahuje poríny – priepustná pre malé molekuly, bráni prestupu proteínov.

Q: Aká je špecifická zložka vnútornej mitochondriálnej membrány?
A: Kardiolipín – znižuje priepustnosť pre ióny, membrána neobsahuje cholesterol.

Q: Aké enzýmy obsahuje vnútorná mitochondriálna membrána?
A: Prenášače elektrónov (komplexy I–IV):
NADH ubicinonreduktasa
Ubichinol-cyt c-reduktasa
Cytochrom c-oxidasa
ATP-syntázu
sukcinátdehydrogenázu.

Q: Aké procesy prebiehajú v mitochondriálnej matrix?
A: Pyruvátdehydrogenázový komplex, β-oxidácia, Krebsov cyklus, syntéza hemu, ketolátok, aminokyselín.

Q: Aký je hlavný účel dýchacieho reťazca?
A: Oxidácia NADH/FADH₂ molekulárnym kyslíkom → tvorba H₂O + protonový gradient na syntézu ATP.

Q: Koľko komplexov obsahuje dýchací reťazec?
A: Štyri hlavné komplexy (I–IV) + ATP-syntázu (komplex V).

Q: Ktoré komplexy sú transmembránové?
A: I, III, IV (vytvárajú protonový gradient).

Q: Ktorý komplex nie je transmembránový?
A: Komplex II (sukcinátdehydrogenáza).

Q: V akom poradí prebieha prenos elektrónov?
A: Od komplexu s nižším redoxným potenciálom (I) po komplex s vyšším (IV)
NADH → FMN → FeS → CoQ → cyt B → FeS → cyt C1 → cyt C → cyt A → cyt A3 → O2 (koplex II: FADH2 → FeS → CoQ)

Q: Čo je výsledkom prenosu elektrónov v DŘ?
A: Prenos protónov z matrix do medzimembránového priestoru → protonový gradient.

Q: Čo je zdrojom NADH?
A: Pyridínové dehydrogenázy: isocitrátdehydrogenáza, malátdehydrogenáza, α-KGDH, PDH.

Q: Čo je zdrojom FADH₂?
A: Flavínové dehydrogenázy: sukcinátdehydrogenáza, glycerol-3-fosfátdehydrogenáza, acyl-CoA-dehydrogenáza.

Q: Aké koenzýmy obsahujú flavoproteíny?
A: FMN alebo FAD (pôvod z riboflavínu).

Q: Akú úlohu majú FeS-proteíny?
A: Prenášajú 1 elektrón, obsahujú nehemové železo viazané na cysteín/síru (Fe₂S₂, Fe₄S₄).

Q: Čo je koenzým Q10 (ubichinón)?
A: Hydrofóbny prenášač elektrónov vo vnútornej membráne, prijíma 2e⁻ + 2H⁺, vzniká semichinón.

Q: Akú úlohu má ubichinón v DŘ?
A: Prenáša elektróny medzi komplexom I/II → komplex III.

Q: Aké typy hemov obsahujú cytochrómy?
A: Hem a (komplex IV), hem b (komplex III), hem c (cyt c, cyt c₁).

Q: Akú úlohu má cytochróm c?
A: Prenáša 1 elektrón medzi komplexom III a IV; viazaný na vonkajšiu stranu vnútornej membrány.

Q: Aký je princíp usporiadania komplexov podľa redox potenciálu?
A: Elektróny sa prenášajú na látku s vyššou afinitou k elektrónu – postupná oxidácia NADH/FADH₂

Q: Prečo nemožno priamo oxidovať NADH na O₂?
A: Uvoľnilo by sa príliš veľa energie naraz → poškodenie bunky.

Q: Ktoré komplexy sú zároveň protónové pumpy?
A: Komplexy I, III, IV.

Q: Koľko protónov sa prenáša pri oxidácii 1 NADH?
A: 10–11 H⁺.

Q: Koľko protónov sa prenáša pri oxidácii 1 FADH₂?
A: 6 H⁺.

Q: Úloha komplexu I?
A: NADH-CoQ-reduktáza – prenáša elektróny z NADH na CoQ, pumpuje protóny do medzimembránového priestoru.

Q: Úloha komplexu II?
A: Sukcinát-CoQ-reduktáza – oxiduje sukcinát na fumarát, prenáša e⁻ na CoQ, nepumpuje protóny.

Q: Úloha komplexu III?
A: CoQH₂–cyt c reduktáza – prenáša e⁻ z QH₂ na cyt c, pumpuje 4 H⁺; prebieha tu Q-cyklus.

Q: Úloha komplexu IV?
A: Cytochróm c oxidáza – prenáša e⁻ z cyt c na O₂ → H₂O; pumpuje 4 H⁺ a spotrebuje 4 H⁺ v matrix.

Q: Sumárna reakcia komplexu IV?
A: 4 cyt c(Fe²⁺) + 8H⁺ + O₂ → 4 cyt c(Fe³⁺) + 2H₂O + 4H⁺ (mezimembránový priestor).

Q: Aké reaktívne formy kyslíka vznikajú pri DŘ?
A: Superoxidový radikál (O₂•⁻), peroxid vodíka (H₂O₂), hydroxylový radikál (•OH).

Q: Ktoré komplexy majú najnižší a najvyšší redox potenciál?
A: Najnižší: NADH/NAD⁺ (-0,32 V), najvyšší: ½O₂/H₂O (+0,82 V).

Q: Aká je rovnice pre výpočet voľnej energie?
A: ΔG° = –n·F·ΔE°.

Q: Koľko ATP vznikne z 1 NADH?
A: ≈ 2,5 – 3 ATP, ΔG° ≈ –220 kJ/mol.

Q: Koľko ATP vznikne z 1 FADH₂?
A: ≈ 1,5 – 2 ATP, ΔG° ≈ –158 kJ/mol.

Q: Aká je účinnosť DŘ?
A: Asi 70 % – zvyšok energie sa mení na teplo.

Q: Aké sú dva hlavné spôsoby prenosu cytosolického NADH do mitochondrie?
A: Glycerolfosfátový člunkový systém a malát-aspartátový člunok.

Q: Aký je výsledok glycerolfosfátového člunku?
A: NADH (cytosol) → FADH₂ (v mitochondrii) → 2 ATP (menej efektívny).

Q: Aký je výsledok malát-aspartátového člunku?
A: NADH (cytosol) → NADH (matrix) → 3 ATP (efektívny).

Q: Aký enzým syntetizuje ATP vo vnútornej membráne?
A: ATP-syntáza (H⁺-ATPáza, komplex V).

Q: Z akých častí sa skladá ATP-syntáza?
A: F₁ (katalytická časť – do matrix), F₀ (membránová časť – H⁺ kanál), stopka (spojenie).

Q: Aký je princíp Mitchellovej chemiosmotickej hypotézy?
A: Tok elektrónov → pumpovanie H⁺ → protonmotívna sila → tvorba ATP pomocou ATP-syntázy.

Q: Koľko H⁺ je potrebných na tvorbu 1 ATP?
A: Približne 3 H⁺ (z gradientu).

Q: Aké sú tri konformačné stavy β-podjednotiek ATP-syntázy (Boyerova teória)?
A: L (loose) – viaže ADP + Pi
T (tight) – tvorí ATP
O (open) – uvoľňuje ATP.

Q: Ako vzniká rotácia γ-podjednotky?
A: Tok H⁺ cez F₀ → mechanická rotácia → konformačné zmeny v F₁ → tvorba ATP.

Q: Aké transportéry prenášajú ADP/ATP a fosfát?
A: ATP/ADP translokáza (antiport) a fosfátový prenášač (symport s H⁺ alebo antiport s OH⁻).

Q: Aký je význam dostatočného prísunu ADP a Pi?
A: Nutný pre fungovanie DŘ a syntézu ATP; bez ADP sa oxidácia NADH zastaví.

Q: Aké ďalšie prenášače sú vo vnútornej mitochondriálnej membráne?
A: Pre pyruvát, citrát, malát, aspartát, karnitín, glutamát.

Q: Ktoré látky inhibujú komplex I?
A: Amytal, rotenón, chlorpromazín, barbituráty.

Q: Ktorý inhibítor pôsobí na komplex II?
A: Malonát (kompetitívny inhibítor sukcinátdehydrogenázy).

Q: Ktoré látky blokujú komplex III?
A: Antimycín A, fenformín.

Q: Ktoré látky blokujú komplex IV?
A: CN⁻, CO, N₃⁻, H₂S – väzba na Fe v cytochrómoch.

Q: Ktoré látky inhibujú prenos ATP/ADP?
A: Atraktylosid, bongkrekát.

Q: Aký je následok inhibície DŘ?
A: Zastavenie toku e⁻ → žiadna tvorba ATP → akumulácia NADH/FADH₂ → acidóza.

Q: Čo sú UCP (uncoupling proteíny)?
A: Prenášače H⁺ cez membránu mimo ATP-syntázy → zníženie gradientu, tvorba tepla.

Q: Kde sa nachádza UCP1 (termogenín)?
A: Hnedé tukové tkanivo – netriasavá termogenéza, aktivácia mastnými kyselinami.

Q: Aký je účinok UCP2 v pankrease?
A: Prenos H⁺ → ↓ ATP → ↓ sekrécia inzulínu (pri chronickej hyperglykémii).

Q: Aké sú syntetické rozpojovače oxidatívnej fosforylácie?
A: 2,4-DNP, CCCP, FCCP, valinomycín, gramicidín, DCCD, oligomycín, aspirín (vo vysokých dávkach).

Q: Aký je účinok rozpojovačov?
A: Dýchací reťazec beží, ale nevzniká ATP, energia sa mení na teplo → hypertermia.

Q: Aké sú fyziologické rozpojovače?
A: Thyroxín, mastné kyseliny, nekonjugovaný bilirubín.

Q: Aké mutácie spôsobujú mitochondriálne myopatie?
A: Mutácie mtDNA (tRNA, rRNA, proteíny DŘ).

Q: Príklady mitochondriálnych myopatií?
A: MELAS, MERRF, LHON.

Q: MELAS syndróm – príčina?
A: Mutácia tRNA^Leu → porucha komplexov I, IV, V → laktátová acidóza.

Q: MERRF syndróm – príčina?
A: Mutácia tRNA^Lys → znížená aktivita cytochróm c oxidázy → myoklonická epilepsia.

Q: LHON syndróm – príčina?
A: Mutácia mtDNA (komplex I) → postihnutie optického nervu → slepota.

Q: Ako mitochondrie súvisia s apoptózou?
A: Uvoľnenie cytochrómu c z mitochondrie → aktivácia kaspáz → apoptóza.

Q: Čo spôsobí oxidačný stres v mitochondrii?
A: Tvorba ROS → poškodenie mtDNA → aktivácia apoptózy.

Q: Aká je účinnosť biologickej oxidácie?
A: ~70 %, zvyšok energie sa mení na teplo.

Q: Ako je kontrolované mitochondriálne dýchanie?
A: Pomocou hladiny ADP – čím viac ADP, tým viac oxidácie NADH.

Q: Čo sa stane pri nedostatku ADP?
A: pH-gradient sa nevyužije → hromadí sa NADH → inhibícia metabolizmu.

Q: Aký je rozdiel medzi oxidatívnou a substrátovou fosforyláciou?
A: Oxidatívna – pomocou DŘ; substrátová – priamo z metabolitov (napr. glykolýza, TCA).

Q: Príklady substrátovej fosforylácie?
A: 1,3-BPG + ADP → 3-PG + ATP
fosfoenolpyruvát + ADP → pyruvát + ATP
sukcinyl-CoA + GDP → sukcinát + GTP