Oxidative Phosphorylierung Flashcards
Was ist die Definiton von Atmung(Respiration)?
-Ein ATP-erzeugender Prozess, bei dem eine anorganische Verbindung (wie O2) als letzter Elektronenakzeptor fungiert. Der Elektronendonor kann eine organische oder eine anorganische Verbindung sein.
Was ist E0´?
- Reduktionspotential E0‘ (auch Redoxpotential oder Oxidations-Reduktionspotential)
- für biologische Systeme
- Bezugsgröße-> Standardwasserstoffelektrode allerdings pH=7
Redoxreaktionen betrachten ein Redoxpaar und können in zwei Halbreaktionen zerlegt werden. Die Gleichgewichtslage wird durch das Redoxpotential bestimmt.
Welche Arten der Übertragung von Reduktionsäquivalenten gibt es?
Was bedeutet ein hohes Redoxpotential?
- eine hohe Elektronenaffinität
- umso niedriger das Redoxpotential, desto mehr Energie kann als Reduktionskraft gespeichert werden
In welchem Zusammenhang steht die Reduktionskraft mit der freien Enthalpie?
Reduktionspotentiale beziehen sich auf die Teilreaktion, die man als Reduktion schreibt
->Dann Differenz
Was ist die Nernst-Gleichung?
Was ist der erste Schritt der oxidativen Phosphorylierung?
- Elektronen des NADH treten über NADH:Q-Oxireduktase in Atmungskette ein
- NADH bindet und überträgt 2 Elektronen mit hohem Potential auf Flavinmononucleotid(nur Isoalloxazinring)->FMNH2
- >Elektronen weiter auf eine Reihe Eisen-schwefelcluster übertragen
- schließlich-> Ubiquinon
- es werden 5 Protonen aus der Matrix aufgenommen und 4 Protonen in den Intermembranraum(Cytoplasma) abgegeben
Wie kooperieren die Strukturelemente des Komplex 1 miteinander, um Protonen aus der Matrix zu transportieren? Wieviele Protonen?
- Q nimmt 2 e- von NADH auf -> Q2-
- Q2- geht in WW mit geladenen Aminosäuren-> Konformationsänderungen
- pKs-Wert Aminosäuren ändert sich-> Protonenaffinität->lösen sich wieder und treten über Kanal in Intermembranraum ein
- 2 Elektronen-> 4 Protonen in Intermebranraum
Strukturformel Ubichinon,Semiubichinon und Ubinchinol? Wozu dient Isoprenyl-seitenkette?
-Fettsäureanker für Matrix
Wie wird FADH2 in die Atmungskette eingeschleust?
- durch die Succinat-Dehydrogenase(Komplex 2)->bildet FADH2-> verlässt Komplex nicht
- > Elektronen über Schwefel-Eisenzentren auf Coenzym Q übertragen->QH2
- kein Protonentransport
Welchen Weg schlagen die aus Komplex 1 und Komplex 2 gebildeten Ubichinole ein?
- Q-Cytochrom-c-Oxidoreduktase(Komplex III)-> Elektronen werden auf Cytochrom C übertragen
- es werden 2 Protonen aus der Matrix und 2 Protonen des Chinons ins Cytoplasma transporftiert
Was ist ein Cytochrom?
-Elektronenübertragendes Protein mit Hämgruppe als prosthetische Gruppe
Wie unterscheiden sich Häm A,B,C?
- B-Typ(Hämo- und Myoglobin)->nicht kovalent an Protein gebunden
- C-Typ-> über Cystein-Thio-ether an Protein gebunden
- A-Typ->zusätzliche Isoprenyleinheit
Wie kann spektroskopisch ermittelt werden ob ein Cytochrom oxidiert wurde?
-UV-Vis-Spektroskopie-> reduziertes-> andere charakteristische Absorptionmaxima als oxidiertes
Q-Zyklus? 1. QH2?
- QH2 bindet an Quinonbindestelle-> 2 Elektronen zu unterschieldichen Zielorten
1. e- -> Rieske 2Fe2S(hohes Redoxpotential durch 2 Histidin statt Cystein) ->Cytochrom c1 ->oxidiertes Cytochrom c ->wird reduziert-> kann frei von Enzym wegdiffundieren
2. e- ->über 2 Gruppen Cytochrom b auf oxideiertes Ubichinon->zu Semichinonradikalaniom reduziert - >vollständig oxidertes Q verlässt Bindestelle
- 2 H+ freigesetzt in Intermembranraum/Cytoplasma
Was versteht man unter Respirasom?
-Atmungskettenkomplexe bilden supramolekularen Komplex
Q-Zyklus: 2. QH2?Protonen?
- gleich wie erstes QH2 ->Cytochrom c reduziert und Semichinonradikalanion nimmt 2. e- und 2 H+ aus Matrix auf(trägt weiter zur Bildung Protonengradienten bei
- insgesamt werden beim Q-zyklus 2 Protonen aus Matrix entfernt und 4 Protonen in Cytoplasma freigestzt
Warum Q-Zyklus?
- Umandlung 2-elektronen-carrier zu 1 Elektronencarrier
- entstandenens QH2 kann dann wieder in Ubichinonpool
- Protonentransfer
Komplex 4?
- Cytochrom-c-Oxidase
- 4 Cyt cred + 8 H+ Matrix + O2 -> 4 Cyt cox + 2 H2O + 4 H+ Cytoplasma
- >4H+ + 4e- +2O2 -> 2H2O
3 Kupferionen, die 2 Zentren bilden-> CuA/CuA und CuB
-2 Hämmoleküle-> Häm a und Häm a3
Fluss Elektronen über Komplex 1
-Cytochrom C -> CuA/CuA ->Häma->Häma3 und CuB und schließlich O2
Beschreiben 4 Moleküle Cytochrom C an Cytochrom-C-Oxidase
- Elektronen von 2x Cytochrom c -> entlang Elektronentransferweg -> eins in CuB und eins in Häma3 ->wenn beide Zentren reduziert-> O2 kann gebunden werden
- O2 zieht je ein Elektron im aktiven zentrum ab->Peroxid(O22-) ->Peroxid-Brücke zwischen Eisen und CuB
- 2 weitere Cyt C binden-> weitere elektronen->wandern zum aktiven zentrum ein Elektron und H+ -> reduziert zu CuB2+-OH und Fe3+-OH
- Reaktion mit 2 weiteren H+ -> ermöglicht Freisetzung 2 Moleküle H2O-> Enzyme in vollständig oxideierte Ausgangsform
Wie trägt die Cytochrom-c-Oxidase zum Protonengradienten bei?
- entfernt 4 Protonen aus Matrix -> H2O
- pumpt 4 weitere Protonen in den intermembranraum
- änderung der freien enthalpie die bei Reduktion von Sauerstoff zu Wasser frei wird wird genutzt
Was lässt sich zur Evolution von Cytochrom C sagen?
- in alle Eukaryoten vor 1,5 mIlliarden Jahren entstnaden
- Funktion erhalten
- 21 von 104 erhalten
Was lässt sich zum Elektronentransfer zwischen Gruppen sagen?
- Geschwindigkeit nimmt logarithmisch ab mit Entfernung
- typisch 0,8 bis 1,5 nm
Was sind ROS? Verteidigungsstrategien
- reactive oxygen-species
- Superoxid(O2-) undPeroxid(O22-)-> oxdiative Schäden->Alterung und Krankheiten
Was ist die chemiosmotische Hypothese?Protonenmotorische Kraft?
- ATP-Synthese durch energiereiche ungleiche Verteilung von Protonen über eine Membran-> Proton motive force
- setzt sich aus chemischen und elektrischen Gradienten zusammen
PMF=chmischer Gradient(Δp) und elektrischer Gradient(Δpsi)
ATP-Synthase aufbau?
Reaktion in ATP-Synthase?
-über pentakovalentes Zwischenprodukt Phosohat mit 5 sauerstoffatomen gebunden
Mechansimus des Bindungswechsels ATP-Synthase?
- katalytische beta-Untereinheiten
- 3 verschiedene Konformationen durch asymmetrische gamma untereinheit
- open->ADP und Pi gebunden
- tight-> ATP stabilisiert
- open-> kann ATP freisetzen
- durch Rotation des Gamma-rings in Relation zu Alpha-beta Trimer
Wieviel Protonen für ein ATP?
-3-4 Protonen
Wie funktioniert die Kopplung von Protonenfluss und Rotation in ATP-Synthase?
- an c-Untereinheit konservierter Aspartatrest->liegt begünstigt protoniert vor, da er in membran ungeladen sein sollte
- Proton tritt in Halbkanal ein und bindet an Spartat-> dreht sich
- führt zur Rotation des c-rings->mit gamma Untereinheit verbunden
- >eine Umdrehung 3 ATP Moleküle->8-14(Anpassung auf unterschieldich starke Protonengradienten)
Weitere Nutzung Protonengradient?
- Adeninnukleotid-translokase->Antiporter, der ADP aus Intermembranraum gegen ATP in Matrix->ATP ins cytoplasma
- Phosphat-Translokase->Symport Proton und Phosohat aus Intermembranraum
ATP-Gesamtbilanzpro Glucose?
- 2 ATP aus Citrat-Zyklus
- 2 GTP Citra
- 1,5(wegen Schuttle wenn aus Cytosol) pro NADH und 2,5 wenn im Matrixraum ->2,5
- FADH2->1,5
- >insgesamt 30 ATP
Regulation oxidative Phosphorylierung?
- durch ADP-Konzentration->durch hohe Konzentration steigt Geschwindigkeit der oxidativen phosphorylierung
- ATP kann gebildet werden
- >>Atmusngskontrolle
- NAD+ und FAD ->regen Citratzyklus an
Protonengradient-> universelle Währung freier Enthalpie?
