Elektrontransportkedjan och oxidativ fosforylering

Question 1

Var i celler finns mitokondrier?

Answer 1

Där det är mest energibehov

Question 2

Vad kan påverka antalet mitokondrier per cell?

Answer 2

Behovet av ATP

Exempel: mycket mitokondrier i skelettmuskelceller.

Question 3

Var finns komponenterna för ETK?

Answer 3

i mitokondriens innermembran

Question 4

Vad menas med redoxpotential?

Answer 4

• Ett mått på en molekyls affinitet för elektroner, dvs hur benägen en molekyl är att avge/ta upp elektroner
• ΔE0’ > 0 → effektiv elektronacceptor
• ΔE0’ < 0 → effektiv elektrondonator

Question 5

Hur mäts standardredoxpotentialen?

Answer 5

Bestäms vid pH=7 med H2 (1 atm) och H+(1M) som referens.

Question 6

Från vilka föreningar kommer elektronerna som går in i ETK?

Answer 6

NADH och FADH2

Question 7

Vilka proteinkomplex finns i ETK? Vilka prostetiska grupper (elektronbärare) innehåller dessa komplex?

Answer 7

Komplex I: NADH-Q-oxidoreduktas

Prostetisk grupp:

• FMN- flavin mononukleotid
• Fe-S-kluster, koordineras med aa Cys eller His, järn pendlar mellan Fe2+/Fe3+
• Q/ubikinon/coenzym Q

Komplex II: Succinat-Q-reduktas/succinat dehydrogenas (samma i citronsyracykeln)

Komplex III: Q-cytokrom C -oxidoreduktas

Prostetisk grupp:

• cytokromer med hemgrupper med Fe koordinerat till 4 N, kan pendla mellan Fe2+/Fe3
• Fe-S-kluster, koordineras med aa His, järn pendlar mellan Fe2+/Fe3+

Komplex IV: Cytokrom C-oxidas

Prostetisk grupp:

• cytokromer med hemgrupper med Fe koordinerat till 4 N, kan pendla mellan Fe2+/Fe3
• Kopparjoner Cu+/Cu2+

Question 8

Vad händer i komplex I i ETK?

Answer 8

1. NADH oxideras → 2 e- överförs till FMN (flavin mononukleotid) och sen till Fe-S-kluster i Komplex I → Elektroner förs vidare till komplex III via Coenzym Q
2. Transport av elektroner till Q leder till att 4 protoner pumpas ut från matix till intermembrana uttrymmet.

Question 9

Vad händer i komplex III i ETK?

Answer 9

Komplexet tar emot elektroner från QH2 från komplex I och II.
Genom Q-cykeln kan e- avges till cytokrom C som transporterar e- till komplex IV.
Samtidigt pumpas 2 protoner från matrix till intermembrana uttrymmet.

Question 10

Vad händer i komplex IV i ETK?

Answer 10

• Komplexet kommer ta emot e- från reducerad cytokrom C och använda de (tsm med 2 protoner) för att reducera syre och bilda vatten.
• Fyra protoner pumpas från matrix till intermembrana uttrymmet

Question 11

Hur är en cytokrom uppbyggd?

Answer 11

Den innehåller en hemegrupp med Fe koordinerat till fyra N och kan pendla mellan Fe2+ och Fe3+

Question 12

Tidigt i ETK används Fe-S kluster för elektrontransport, sent används cytokromer. Varför?

Answer 12

Eftersom Fe-S kluster har låg redoxpotential vill därför ge ifrån sig elektroner. Medan cytokromer har högre redoxpotential och vill därför ta emot elektroner.

Question 13

Vad skiljer Q från övriga elektrontransportörer i ETK?

Answer 13

Att den är bärare av 2 e- och 2H+

Question 14

Vad är en fri radikal?

Answer 14

Är en atom eller molekyl som har oparade elektroner, ofta mycket reaktiv och skadlig för cellen

Question 15

Vad krävs för att elektrontransportkedjan ska fungera?

Answer 15

aerob metabolism ( O2), NADH och FADH2

Question 16

Varför bildas enbart enstaka reaktiva syreföreningar under cellandningen?

Answer 16

För att det finns risk att det bildas radikala, reaktiva syreföreningar. Dessa är skadliga, kan förstöra membran, proteiner och skada DNA vilket leder till mutationer.

För att hindra att detta sker har cellen utvecklat ett enzymkomplex, respirasomen, som håller den reaktiva syreföreningar tills det är fullt reducerade. Detta görs genom att flytta en elektron i taget och därmed minska risken från att det bildas radikala och reaktiva föreningar.

Question 17

Vad är en respirasom?

Answer 17

komplex med 2x av vardera komplex I, III, IV och cytokrom c utgör respirasomen.

Question 18

Vilka är beståndsdelarna i den elektrokemiska gradienten?

Answer 18

• Elektrisk potentialskillnad: mer protoner i IMU än i matrix
• kemisk gradient : pH skillnad på grund protoner där pH är högre i matrix (7.9) än IMU (7.2)

Question 19

Hur kan protoner pumpas över ett membran?

Answer 19

De pumpas med hjälp av en proton pump som finns i de olika komplex (I,III, IV). Dessa pumpar utnyttjar energin som frigörs när elektroner transporteras för att pumpa protoner till IMU.

Question 20

Vad innebär oxidativ fosforylering?

Answer 20

Oxidativ fosforylering är en biokemisk process där ADP fosforyleras till ATP mha energi som frigörs vid oxidation av molekyler i elektrontransportkedjan.

Question 21

Hur är ATP-syntaset uppbyggt?

Answer 21

Består av :

• F0 : en c ring och en a-subenhet med 2 hydrofila halvkanaler
• F1: är en ring av 3 alfa, 3 beta subenheter
• En stjälk (gamma) som kopplar F1 och F0
• b2 och delta subenhet som hindrar rotation av F1

Question 22

Var hittas L, T och O konfiguration hos ATP-syntaset och vad sker där?

Answer 22

Hittas i beta subenheter som finns i F1
L = loose, binder ADP + Pi
T= tight, omvandling till ATP
O= open, ATP frisläpps

Question 23

Hur sker växling mellan L, T och O form hos ATP-syntaset?

Answer 23

Rotation av F0 i ATP-syntaset inducerar rotation av gamma-sjtälk som i sin tur kommer att inducera växlingen mellan L, T och O form hos ATP-syntaset

Question 24

Hur många protoner passerar mitokondriens inre membran per varv ATP-syntaset roterar?

Answer 24

12 H+

Question 25

Hur många protoner behöver passera mitokondriens inre membran för att ATP-syntaset ska generera en ATP?

Answer 25

4 H+

Question 26

Hur många ATP erhålls från varje NADH respektive FADH2 i mitokondrien?

Answer 26

2.5 ATP/NADH resp. 1.5 ATP/FADH2

Question 27

Hur transporteras protoner genom mitokondriens inre membran med hjälp av ATP- syntaset?

Answer 27

Transport av protoner sker med en elektrokemisk gradient och driver rotation av F0 i ATP-syntaset genom att protoner neutraliserar laddning av Asp/Glu i första halvkanalen i a-subenheten. Rotationen av C-subenheter gör att protoner kan passera genom den andra halvkanalen och frisläppas i matrix

Question 28

Vad är en shunt?

Answer 28

En transmembran transportprotein som används att transportera reduktanter (t.ex NADH från glykolys) över det mitokondriella membranet.

Question 29

Hur transporteras ATP ut från mitokondriens matrix?

Answer 29

Den transporteras tillsammans med ADP av ANT (Adenine nucleotide translocator) , en antiporter jontransportör med hjälp av elektriska gradient

Question 30

Hur kan NADH transporteras från cytoplasman till mitokondriens matrix?

Answer 30

Med hjälp av shunt , Två huvudtyper:

1. Glycerol 3-fosfat shunten:
   - i muskel
   - NADH oxideras mha DHAP → Glycerol 3-fosfat → tar sig in i mitokondrie genom en speciell kanal → reducera FAD till FADH2 → ETK
2. Malat-aspartat shunten:
   - i hjärta och lever
   - NADH oxideras mha oxyloacetat → malat → tar sig in i mitokondrie → malat reducerar NAD+ till NADH → ETK

Question 31

Hur transporteras fosfat till mitokondriens matrix?

Answer 31

Med hjälp av en speciell P-transportör (Phosphate carrier protein) som transporterar Pi tillsammans med OH- (in och ut)

Question 32

Vad gör en frikopplare och vad får det för konsekvenser?

Answer 32

En transmembran protein som medierar transport av protoner men där värme bildas istället för ATP. finns främst i brun fett

Question 33

Vad gör cyanid till ett gift?

Answer 33

Den blockerar komplex VI, cytokrom C oxidas och förhindrar elektronöverföringen till syre → cellandningen stannar

Question 34

Hur många ATP kan utvinnas från en glukosmolekyl vid aerob metabolism?

Answer 34

30-32 ATP beroende på celltyp (beroende på vilken shunt som används)