Oxidativ fosforylering (Spillmann)

Question 1

Vilka produkter får vi under katabolismen?

Answer 1

Vi bryter ner makronutrienter till mindre energirika molekyler.

• CO2
• H2O
• NH3

Vid klyvning får vi ut energirika molekyler

• ATP
• NADH *
• FADH2 *
• koenzymerna används för att utvinna ATP genom främst ETK, de donerar sina elektroner för att bygga upp protongradienten.

ATP, används för att:

• nysyntes: bygga upp komplexa molekyler från enklare föreningar
• mekanisk rörelse
• transport av joner över membran. (ATPaser)

Question 2

Hur mycket ATP utvinns på substratnivå i glykolysen?

Answer 2

2 ATP netto vid glykolysen, per glukosmolekyl

Question 3

Vilka två sätt finns att utvinna ATP på, och vilken andel står respektive del för?

Answer 3

• fosforylisering på substratnivå 10 %

- ETK 90 %

Question 4

Hur många kalorier/mol fås ut vid ATP -> ADP + Pi

delta G0

Answer 4

• 7,3 kcal/mol

* för varje bindning (ATP - AMP)

Question 5

Varför behövs transportörer för joner och molekyler över inre mitokondriemembranet?

Answer 5

Det är i princip impermeabelt för dem flesta föreningarna.

Question 6

Skriv reaktionen när syre reduceras till vatten.

Answer 6

NADH + H+ + 0,5 O2 —–> NAD+ + H2O

Question 7

Vilka proteinkomplex består ETK av? Var sitter dem?

Answer 7

1,2,3,4 (5)

Sitter i inre mitokondriemembranet.

Question 8

Beskriv processen från att NADH lämnar ifrån sig sina elektroner till att syre reduceras till vatten.

Answer 8

1. NADH donerar sina elektroner och den fria H+ följer med till komplex 1 (NADH-dehydrogenas). tar emot 2 elektroner och 2 väten.

2 H+ transporteras samtidigt över genom komplexet till intermembranrummet.

2. Dem 2 elektronerna tas sedan hand om av Koenzym Q, en i taget, tills den är fullt reducerad.
3. CoQ tar med elektronerna till komplex 3, där Cytokrom C plockar en elektron i taget. Cytokrom C har en hemgrupp med en prostetisk grupp av Fe3+ som reduceras och oxideras vid överlämning.
   - i Komplex 3 pumpas fyra protoner ut i intermembranutrymmet.
4. I komplex 4 (Cytokrom C oxidas) pumpas sedan två protoner in till intermembranutrymmet. Elektronerna från Cyt C doneras till syre för som då reduceras till vatten med två vätejoner från matrix.

I komplex 4 kommer elektronerna som färdats, syre och 2 fria vätejoner att bilda vatten. (fyra elektroner krävs för en vatten, dvs 2 NADH.

Summa:
oxiderat NADH och fått H2O

Question 9

Hur många protoner pumpas sammanlagt ut i intermembranutrymmet Komplex 1.3 och 4?

Answer 9

8 st protoner

Question 10

Beskriv Ubikinol. CoQ.

Answer 10

En fettlöslig elektronbärare i inre mitokondriemembranet som trasnporterar elektroner till komplex 3 från komplex 1 och 2

• har en hydrofob lipidsvans i membranet
• derivat av kolesterol

Question 11

Beskriv Cytokrom C oxidas

Answer 11

• innehåller en hemgrupp med en prostetiskt grupp: järn3jon i mitten som kan reduceras/oxideras vid överlämnande av elektroner från komplex 3 till komplex 4.

Question 12

Förutom NADH kan även FADH2 lämna sina elektroner. Beskriv denna processen.

Answer 12

FADH2, eller succinatdehydrogenas, reducerar sin prostetiska grupp FAD till FADH2 via citronsyracykeln.

2. CoQ tar sedan hand om elektronerna på samma sätt som för NADH. Vi har dock ingen fri vätejon med här.
3. Till komplex 3.

Question 13

Vilka processer bidrar med NADH till komplex 1?

Answer 13

• glykolysen
• citronsyracykeln
• beta-oxidationen

Question 14

Vilka processer kan lämna av elektroner till Komplex 2?

Answer 14

TCA, komplex 2, succinat

Question 15

Vilka delar av ATP-syntas ligger var i mitokondrien?

Answer 15

F0 ligger i inre mitokondrie membranet

F1 ligger i matrix (där ATP kommer ut)

Question 16

Hur fosforylseras ADP + Pi i ATP-syntas?

Answer 16

Protonerna flödar genom en kanal i F0-delen, som ligger inbäddad i inre mitokondriemembranet.

Då induceras rotation av c-delen som får alfa-beta subenheterna i F1 att ändra konfirmation. Konfirmationsändringarna i beta-subenheterna gör att

1. ADP + Pi binds
2. Fosforylering
3. ATP släpps

Totalt 3 konfirmationsändringar för att producera en ATP.

Question 17

Hur många ATP produceras i ett varv av C ringen i ATP-syntas?

Hur många protoner krävs?

Answer 17

3 ATP

Det krävs 9 protoner för att inducera ett varv.

Question 18

Beskrib uppbyggnaden av ATP-syntas.

Answer 18

F0: membraninbäddad del.

• C-ringen
• A-del: protonkanal
• e

F1: matrix

• gamma-stången
• alfa-beta subenheterna (3 par) = 3 delar där ATP kan produceras.

(finns lite mer delar men togs inte upp på föreläsningen)

Question 19

Hur får vi substraten ADP och oorganiskt fosfat till ATP-produktionen?

Answer 19

1. För att transportera in fosfat utnyttjas en co-transporter som transporterar in H+ samtidigt som Pi, in till matrix. Tär på protongradienten.
2. ADP transporteras in till matrix från cytosol genom en adenin-nukleotid antiporter som transporterar ut en ATP, och in en ADP.

Question 20

Det går inte att transportera NADH direkt in till inre mitokondriemembranet, det behövs 2 olika skyttesystem för detta. Därför blir också ATP-utvinning olika beroende på vilket skyttesystem som används.

Hur tar sig NADH som producerats via glykolys in till mitokondrien via glycerol-3-fosfatdehydrogenas?

Hur många protoner bidras till gradienten via denna väg?

Answer 20

NADH donerar sina elektroner till dihydroxyacetonfosfat som omvandlas till glycerol-3-fosfat. Kan passera in till intermembranutrymmet.

glycerol-3-fosfat reducerar därefter FAD i mitokondriellt glycerol-3-fosfat dehydrogenas som ligger ann mot inre mitokondriemembranet.

Utvinning av protoner via cytosoliskt NADH blir därmed:

6 H+

(6 H+ per FADH2)

Question 21

Det går inte att transportera NADH direkt in till inre mitokondriemembranet, det behövs 2 olika skyttesystem för detta. Därför blir också ATP-utvinning olika beroende på vilket skyttesystem som används.

Hur tar sig NADH som producerats via glykolys in till intermembranutrymmet via malat?

Hur många protoner bidras till gradienten via denna väg?

Vad heter skyttelsystemet?

Answer 21

OAA kan donera sina elektroner till NAD+ och då bli malat. Malatdehydrogenas.

Malatdhydrogenas finns både i matrix och cytosol.

När malat transporteras in, transporteras samtidigt aspartat ut, som via transaminas kan omvandlas till OAA.

• Denna skyttel används när vi behöver maximalt med energi.
• Skyttelsystemet är beroende av sin gradient, kan inte jobba mot denna. Därmed om vi har mer malat och NADH i matrix än cytosol, kommer inte skyttelsystemet att fungera.

Namn
- malataspartatskytteln

Med denna skyttel får vi ut maximalt med protoner –> ATP: 10 H+ per NADH

Question 22

Beskriv vägarna i malataspartatskytteln, börja med cytosolen.

Answer 22

OAA —–> malat (NADH –> NAD+)

1. Malat transporteras in genom yttre MTK-membranet, samtidigt som alfa-KG transporteras ut.
2. Malat oxideras till OAA i matrix. Vi får då ut NADH igen.
3. transaminas i matrix OAA —> aspartat genom glutamat omvandlas till a-KG
4. aspartat transporteras ut till cytosolen
5. aspartat via transaminas i cytosol —> OAA

Question 23

Vad beror vilket skyttelsystem som används för att transportera NADH in till matrix från t.ex. NADH som producerats i glykolysen?

Answer 23

• vilken celltyp
• vilka enzymer som uttrycks
• vilket förhållande i substrat/produkt som cellen befinner sig i. (vilket energibehov som cellen kräver).

Question 24

Hur är syretillförsel, substrattillgång och ATP-syntes kopplad?

Answer 24

ADP styr behovet av oxidativ fosforylering (substrat).

Om vi inte har ADP, kommer vi inte kunna göra ATP, vi kan därmed inte göra oss av med protongradienten som kommer bli så stor att den tillsslut inte kan jobbas emot. Då kommer NADH inte kunna lämna ifrån sig sina elektroner, och vi behöver därmed inte heller andas syre, då vi inte behöver en elektronacceptor.

ATP förbrukas vid reaktioner, och då får vi ju substrat.

Question 25

Vad händer vid frikoppling av elektrontransportkedjan genom UCP1?

Vad står UCP1 för?

Var uttrycks detta protein?

Answer 25

UCP1 är ett membranbundet protein som låter protoner flöda genom detta iställetför ATP-syntas. När detta sker produceras då inget ATP, istället genereras värme.

UCP1 = uncoupling protein 1

UCP1 uttrycks i brun fettväv

Question 26

Hur påverkar dinitrofenol ETK?

Varför går man ner i vikt av detta?

Answer 26

DNP är en molekyl som kan binda H+. Den är fettlöslig och kan passera lätt genom inre MIK-membranet. Därmed frikopplas ETK, och vi kan inte generera ATP.

DNP bidrar därmed till att utjämna protongradienten.

Eftersom energinivåerna är låga, kommer vi ha mycket ADP som signalerar att vi behöver energi. Detta kommer leda till att vi för riktningen av reaktioner mot att bilda ATP, och vi kommer förbruka syre för att driva protonerna till intermembranutrymmet. Men energin kommer leda till att vi omvandlar till värme istället för ATP.