Acetogenese Flashcards
Was bedeutet chemolithoautotroph? Nennen Sie einen chemolithoautotrophen
Organismus (4 P)
Energiequelle = chem. Verbindungen
Elektronenquelle = anorganisch
C-quelle = anorganisch
Bsp: acetogene Bakterien (A. woodii)
Was bedeutet oxidativer und reduktiver Ast des Stoffwechsels? Nutzen Sie das
Konzept, um das Prinzip der Acetogenese grafisch darzustellen. Wo findet
Energiekonservierung statt und wie? (5 P)
oxidativer Ast = reduziertes, energiereiches Substrat wird oxidiert unter Produktion von Reduktionsäquivalenten
reduktiver Ast = oxidiertes Substrat wird mit den generierten Elektronen reduziert
4H2 –ox–> 8H+ / 8(H) / 2CO2 –red–> Acetat
Energiekonservierung über ETP im reduktiven Ast
-> Rnf-/Ech-Komplex: Rnf nutzt Fd2- als Elektronendonor und NAD+ als Akzeptor, Enzym pumpt 1 Na+ pro Elektron => Na+-motorische Kraft
Stellen Sie die anaerobe Nahrungskette graphisch dar, inkl. der 6 Hauptprozesse und
der jeweiligen Hauptprodukte
Definieren Sie acetogene Bakterien. Nennen Sie drei Substrate acetogener Bakterien.
(3 P)
bilden under anaeroben Bedingungen Acetat als einziges organisches Endprodukt
1. durch Reduktion von CO2 mit Wasserstoff
2. beim Abbau von Fettsäuren und Alkoholen
Substrate:
- H2 + CO2
- Glukose (Hexosen)
- Methanol (Alkohole)
Wie lautet die balancierte Reaktionsgleichung (Summenformel) der Acetogenese aus
H2 + CO2? Wieviel Energie (ATP) kann konserviert werden pro Umsatz Acetat –
erläutern Sie anhand des DeltaG-Wertes / der freien Enthalpie. (4 P)
4H2 + 2CO2 -> CH3COOH + 2H2O
DeltaG = -95 kJ/mol Acetat
! H2-Konzentrationen in anaeroben Ökosystemen sind sehr niedrig
-> DeltaG < -20 kJ/mol Acetat
=> 0,3 mol ATP/mol Acetat
Nennen Sie die 4 Module des acetogenen Stoffwechsels, und die entsprechenden
Enzyme oder Stoffwechselwege. (4P)
oxidativer Ast - Hydrogenase
reduktiver Ast - Wood-Ljungdahl-Pathway
Redox-Ausgleich-Ast - Rnf-/Ech-Komplex
pmf - ATP-Synthase
Was sind die zwei Funktionen des Rnf-Komplexes in Acetobacterium woodii? Welche Reaktion katalysiert der Komplex? (4 P)
Funktionen:
1. Chemiosmose
2. Redox-Homöostase/-Bilanz
Reaktion:
Oxidation von Fd2- und Reduktion von NAD+ mit Bildung Na+-motorischer Kraft
Beschreiben Sie, wie das acetogene Bakterium Acetobacterium woodii bei Wachstum auf H2+CO2 Energie konserviert, unter Nennung aller ATP hydrolysierenden sowie -bildenden Enzyme sowie, falls vorhanden, bei der Chemiosmose wichtigen Enzym(komplexen). (4 P)
Energiekonservierung über ETP, mittels Natrium-motorischer Kraft => Na+-abhängige ATP-Synthase erzeugt ATP
ATP-Hydrolyse durch Formyl-THF-Synthetase (Formiat -> Formyl-THF)
wichtiger Enzymkomplex bei Chemiosmose ist Rnf-Komplex
im Wood-Ljungdahl-Pathway geht ATP durch Acetat-Kinase hervor (Acetyl-Phosphat -> Acetat)
Wieviele Natriumbinde-Motive besitzt die ATP-Synthase von Acetobacterium woodii, und wieviel ATP kann aus der Translokation eines Natriumions daher maximal gebildet werden, und warum? (2 P)
10 Bindemotive für Na+
-> 0,3 ATP pro Na+ => 3 ATP gesamt
Welche Reaktion katalysiert eine membrangebundene Ech-typ Hydrogenase, und wie
wird dabei Energie konserviert? Warum wird beim Rnf-Komplex mehr Energie konserviert? (3 P)
Katalysiert die Oxidation von Fd2- und die Reduktion von H+
Energiekonservierung durch die Erzeugung eines Protonengradienten über die Membran
Rnf-Komplex konserviert mehr Energie, da Na+ über die Membran gepumpt wird => natriumgradient kann effektiver genutzt werden als der Protonengradient von Ech (da, Natriumionen höheres Redoxpotential)
Beschreiben Sie in einem Satz Elektronenbifurkation. Welcher Kofaktor ist wichtig, und warum? (3 P)
= Kopplung einer endergonen Reaktion (Reduktion von Fd) an eine exergone Reaktion (Reduktion von NAD+) durch die selbe Hydrogenase
Kofaktor: Flavin-Coenzym (FAD)
-> nimmt jeweils 2e- gleichzeitig auf und gibt eines davon an einen Akzeptor mit höherem Potential (NAD+) ab, damit kann das andere die ungünstige Reduktion von Fd bewirken
Welche Reaktion katalysiert eine elektronen-bifurkierende Hydrogenase? (2 P)
1,5 NAD+ + 1,5 Fd + 3 H2 -> 1,5 NADH + 1,5 Fd2- + 6H+
=> oxidiert H2 und nutzt dessen Elektronen zur Reduktion von NAD+ und Fd
Welche Reaktion katalysiert die elektronen-bifurkierende Caffeyl-CoA Reduktase? (2P)
reduziert Caffeyl-CoA zu Hydrocaffeyl-CoA und Fd zu Fd2- mit Elektronen aus der Oxidation von NADH
2 NADH + Fd + Caffeyl-CoA + 2H+ -> 2 NAD+ + Fdred + Hydrocaffeyl-CoA
Welche Reaktion katalysiert die elektronen-bifurkierende Butyryl-CoA Dehydrogenase (Bcd)? (2 P) In welchem Stoffwechsel ist das Enzym wichtig
(Grundvorlesung Mikrobiologie!) und welche charakteristischen Untereinheiten zusätzlich zur Bcd besitzt der Enzymkomplex noch? (3 P)
katalysiert die Oxidation von Butyryl-CoA zu Crotonyl-CoA, überträgt die e- auf NAD+ und Fd
wichtiger Teil des Butyrat-Stoffwechsels der anaeroben Bakterien (Bsp. Clostridien, Acetogenen)
Bcd ist Teil eines Komplexes: Bcd/Etf-Komplex
-> Komplex enthält neben Bcd-Untereinheit eine oder mehrere Elektronentransferring-Flavoproteine (Etf)-Untereinheiten, sowei einen Etf-Dehydrogenase-Teil
Wieso kann Elektronenbifurkation ATP „sparen“ – auf welcher Hauptfunktion des Enzyms basiert dies? Nennen Sie ein Beispiel eines Stoffwechsels (+Reaktion), wo dieses eine Rolle spielt (3 P)
Hauptfunktion: Elektronen von einem stark reduzierten Cofaktor auf zwei verschiedene Redox-Partner übertragen
-> Fd2- wird gebildet, das ein sehr negatives Redoxpotential hat, es kann verwendet werden, um CO2 zu CO zu reduzieren (Carbonyl-Ast des WLP) => dadurch muss kein ATP verwendet werden, um CO2 zu aktivieren bzw. Fd zu reduzieren => ATP gespart
-> Rollte bei der Acetogenese
