Bioenergetik und Biokatalyse Flashcards
Was ist ein kataboler Prozess?
Was ist ein anaboler Prozess?
Was ist ein ubiquitärer anaboler Prozess, der viel Energie verbraucht?
Katabolismus ist der oxidative Abbau von Nahrungsstoffen. Der Vorgang ist exergon und liefert Energie (ATP) und Reduktionsäquvalente (NADH und NADPH).
Ein anaboler Prozess verbraucht ATP und Reduktionsäquivalente, z.B. die Neusynthese von Makromolekülen.
Die Aufrechterhaltung der Ionenkonzentration verbraucht viel Energie.
Was ist die Fragestellung der Bioenergetik?
Worüber gibt Energetik keine Auskunft?
Kann eine biochemische Reaktion, eine Kette gekoppelter Reaktionen, oder ein patho-physiologischer Prozess in eine bestimmte Richtung ablaufen, oder fehlt die richtige Energie in ausreichender Menge?
Die Energie gibt keine Auskunft über die Geschwindigkeit der Reaktion oder des Prozesses.
Was ist die freie Enthalpie?
Die freie Enthalpie/Gibbs freie Energie/freie Energie G’ ist die Größe, die Aussage darüber gibt, ob eine Reaktion freiwillig (exergon) abläuft.
Wann kann eine Reaktion spontan ablaufen?
Eine Reaktion kann spontan ablaufen, wenn die Änderung der freien Energie (delta G’) negativ ist.
Wie bezeichnet man die freie Energie bei einem physiologischen pH? (pH ca. 7)
Wie bezeichnet man die freie Energie unter Standardbedingungen bei pH 7?
G’
G0’
Wie lautet die Gleichung für die freie Reaktionsenthalpie?
dG’=dG0’+5.7 log ((C)(D)/(A)(B)) in kj/mol
Wann ist dG’ einer Reaktion negativ?
Wenn dG0’ ausreichend negativ ist oder wenn das Verhältnis von Edukten/Produkten hinreichend groß ist.
Was gilt unter Standardbedingungen für das Verhältnis dG’ zu dG0’?
Wann ist dG’=0? Was bedeutet das für dG0’
Standardbedingungen bedeutet, dass die Konzentration aller Produkte und Edukte jeweils 1M sind. Also gilt dG’=dG0’
dG’ ist im thermodynamischen Gleichgewicht gleich null.
Mit (C)(D)/(A)(B)=K ergibt sich für dG0’:
dG0’= -5.7 log K
Wie funktioniert die chemische Kopplung von endergonen Reaktionen an die exergone Reaktion von ATP+H2O –> ADP+Pi+2H+
Um welchen Faktor verschiebt die Hydrolyse von ATP das Gleichgewicht einer Reaktion?
Die ATP-Hydrolyse liefert einen dG’-Wert von -30,6kJ/mol.
Durch direkte Übertragung auf die energone Reaktion wird dafür gesorgt, dass die Hydrolyseenergie von ATP nicht in Form von Wärme verloren geht.
Die Hydrolyse von ATP verschiebt das reaktionsgleichgewicht um 10^8. Bei zwei ATP ist es 10^16 und bei drei ATP sogar 10^24
Wie wird ATP zuerst gespalten und wie sieht das in der Bilanz aus?
ATP wird häufig in AMP und Pyrophosphat gespalten, das zu 2 Pi weiterreagiert. Um aus AMP wieder ATP herzustellen, werden wieder zwei ATP verbraucht, wobei es zu einer Reaktionsverschiebung um den Faktor 10^6 kommt.
Warum gehört ATP zu den energiereichen Verbindungen?
Warum findet die Hydrolyse von ATP spontan nur sehr langsam statt? Wie kann man dies verbessern?
Die Saureanhydridbindung von ATP gehört zu den energiereichen Verbindungen und lassen bei der Hydrolyse relativ hohe Energiebeträge frei.
Die Hydrolyse von ATP verläuft wegen ihrer hohen Aktivierungsenergie spontan nur langsam, durch Enzyme kann dies katalysiert werden. ATP ist kinetisch stabil.
Wie sieht die aktive Form von ATP bei physiologischen pH-Wert aus?
Warum haben ATP und Pyrophosphat so hohe Phosphatgruppen-Übertragungspotentiale?
Bei physiologischen pH-Wert liegt ATP vollständig ionisiert und mit MG2+ komplexiert vor.
Die negativen Ladungen am Phosphat stoßen sich gegenseitig ab, daher kommt es bei ADP und Pi (bzw. zwei Pi) zu Resonanzstabilisierung.
Bei ATP bzw. Pyrophosphat gibt es keine so hohe Resonanzstabilisierung.
Warum kommt es bei der Hydrolyse von Phosphoenolpyruvat zu so einer hohen Energieausbeute?
Bei der Hydrolyse von Phosphoenolpyruvat entsteht Enolpyruvat.
Normalerweise sind Ester nicht so energiereich wie Säureanhydride. In einem Enolester befindet sich der Ester jedoch in direkter Nachbarschaft zu einer Doppelbindung, weshalb es instabil ist und direkt weiter zu stabilem Pyruvat reagiert.
Wie werden “energiereiche” Phosphatgruppen übertragen? (4)
Wann spricht man von Substratkettenphosphorylierung?
- Phosphoglyceratkinase überträgt Phosphat von 1,3-Biphosphoglycerat auf ADP, daraus entstehen 3-Phosphoglycerat und ATP.
- Pyruvatkinase überträgt von Phosphoenolpyruvat Phosphat auf ADP, es entstehen ATP und Pyruvate.
- Kreatinkinase stellt unter Verbrauch von ATP Kreatinphospat her, eine Verbindung, die so lange wieder ATP generieren kann, bis genug da ist. Es entsteht also ein Gleichgewicht aus Kreatinphosphat und ATP.
- Hexokinase phosphoryliert Glukose unter Verbrauch von ATP zu Glukose-6-Phosphat.
Man spricht von Substratkettenphosphorylierung, wenn die Phosphorylgruppe eines energiereichen Intermediates (Substrates) auf ADP übertragen wird.
Wie funktioniert die Regeneration von ATP aus Kreatinphosphat und wofür braucht man das?
Bei ATP-Mangel wird mithilfe von cytosolischer Kreatinkinase ADP unter Verbrauch von Kreatinphosphat zu ATP phosphoryliert. Dies ist vor allem während derersten 20 bis 30s nach Beginn einer Muskelkontraktion zur Energieversorgungs-Überbrückung wichtig.
Ist der ATP-Spiegel hochgenug, sorgen an der Außenseite der inneren Mitochondrienmembran sitzende Kreatinkinasen für die Regenerierung von Kreatinphosphat unter Verbrauch von ATP.
Im ruhenden Skelettmuskel ist die Kreatinphophat-Konzentration um einiges höher als die ATP-Konzentration.
Wie nennt man den Reaktionstyp, bei dem Elektronen übertragen werden?
Wie vergleicht man die Elektronenaffinität verschiedener Redoxpaare?
Wo liegt das Referenz-Wasserstoffpotential bei pH 7?
Wie werden Standardredoxpotentiale bei pH 7 beschrieben?
Redoxreaktion
Man vergleicht die Elektronenaffinität verschiedener Redoxpaare, indem man ihre Potentialdifferenzen deltaE gegen eine Standard-Wasserstoffelektrode misst.
Bei pH 7 liegt das Referenz-Wasserstoffpotential bei -0,42V.
Standardredoxpotentiale bei physiologischen pH-Wert werden als E0’ bezeichnet.
Welche Gleichung gibt das Redoxpotential E einer Gleichung an und wie lautet sie?
Wie berechnet sich die gesamte Potentialdifferenz dE einer Redoxreaktion?
Die Nernst-Gleichung:
E = E0’ + RT/nF ln ((Ox)/(RED))
die Potentialdifferenz dE ergibt sich aus der Differenz der einzelnen Redoxpotentiale der beteiligten Redoxpaare.
Wie steht dE mit der freien Energie dG und der Gleichgewichtskonstante K in Zusammenhang?
Mit welcher Gleichung kann man die Änderung der freien Energie einer Redoxreaktion berechnen, wenn die Potentialdifferenz zwischen zwei Redoxpaaren bekannt ist?
dG = -n x F x dE dG0' = -n x 96400 x dE0' = -5700 log K (J/mol)
dG0’ = -n x 96,4x dE0’ (kJ/mol)
