Vektorielle Katalyse: fertig? (Zsm)

Question 1

Was ist Vektorielle Katalyse?

Answer 1

• Vektoriell= die katalyse hat eine richtung
• fast alle biokatalysen sind vektoriell
• zB. enzyme- haben eine bestimmte größe und form. Das substrat muss in und wieder raus aus der “aktiv site”

Gerichtete fluxe und kompartmentalisierte substrate und produkte. -> Vektorielle Katalyse

Question 2

Curie- Prigogine Prinzip

Answer 2

Das kuppeln eines Skala prozesses mit einen vektoriellen prozess.

• Skala prozess zB. ATP hydrolyse im cytosol
• Ion prozess zB. ion flux über die membrane

Question 3

Vektorielle kupplungs mechanismen

Answer 3

• Curie- Prigogine prinzip

- Ein asymetrisch angeordnetet enzym innerhalb der membrane

Question 4

Wie bekommt ein prozess direktionalität?

Answer 4

Die gewolten bewegungen und chemischen reaktionen werden in einanderfolgenden halbreaktionen geteilt.

Alternierende vektorielle und chemische halbreaktionen zB. ATP hydrolyse und Ca2+ transport in der SR membrane.

Question 5

Biologischer photorezeptor

Answer 5

In der prupuren membrane von Halobacterien befindendet sich ein protein mit einen licht sensitiven organischen molekül, ein Chromophor.
Photonen absorption führt zu ein chemischen oder elektrischen signal

Question 6

Bacteriorhodopsin Funktion

Answer 6

• Fängt energie von sonnenlicht
• Transport von H+ entgegen electrischen und ionischen gradienten
• H+ transport generiert energie in der zelle indem der elektrochemische gradient (µ_H) zunimmt. Wie das laden einer batterie.
• der elektrochemische gradient dient als energiequelle für andere transport prozesse. Das wahrscheinlich am wichtigsten ist die produktion von ATP via die F0F1-ATP synthase.
• > Eine einfache konversion von licht zu chemischer energie für zellfunktionen.

Question 7

Retinal

Answer 7

• Retinal ist im protein eingebaut um licht zu absorbieren. Es ist mit einen Lysein rest durch ein “retinal shiff base” (RSB) verbunden.
• Retinal ist ein Vitamin A aldehyde
• Die verteilung der positiven ladungen entlang der polyene kette bestimmt die farbe.

Question 8

Einfachste protonen pumpe

Answer 8

.Bacteriorhodopsin

es wird maximal ein H+ pro absorbiertes photon transportiert. Aber nicht jedes photon ist ein “hit”.

-Retinal muss ein formwandel begehen um H+ durchzulassen.

Question 9

Planck

Answer 9

E=h(c/lambda)

h= wirkungsquant= 6,6x10^-34 Js
c= Lichtgeschwindigkeit= 3x10^8 m/s
lambda= wellenlänge

wenn man energie pro mol raus haben will muss man mal Avogadro konstante rechnen. (6x10^23)

Question 10

Wie wird Transport erreicht?

Answer 10

-Licht aktivation des retinal chromophors Sehr schnell!

Absorption: < 10^-15 s
Retinal isomerisation: <10^-12 s
Extinctions koeffizient: >50000 1/(M x cm)
Quantum Effizienz: 0,3-0,6 (max. wäre 1)

• Das protein kehrt über mehrere thermale reaktionen zurück zum dunkel zustand. (thermale entspannung) verlust von energie
• H+ wird durch nicht kontinuerlichen schritten über die membran transportiert. Diese sind die halb reaktionen mit vektor charakter

Question 11

Franck- Condon zustand

Answer 11

Die photonenabsorption passiert so schnell das die atome, in diesem fall im retinal, sich nicht im richtigen schwingungsmodi befinden (viel zu hoch). Erst später sortieren sich die atome und wassermoleküle so um das sie die niedrigste energie haben.

Question 12

Photocycle

Answer 12

Siehe Folien 8-10

Question 13

Was treibt den transport an?

Answer 13

• Licht exitation von S0 zu S1 resultiert in eine drastische pKa änderung des retinal RSB stickstoffes und den darumliegenden aminosäuren.
• Die pKa änderungen verursachen/ erlauben protonen bewegung innerhalb des proteins an der H+ donor seite (innen) und H+ akzeptor seite (außen)

Notiz:
Ladungs umverteilung die RSB isomerisierung und die pKa änderungen treiben den H+ transfer.
Photosynthese anders! änderung des redox potentials treibt den elektronentransfer.

Question 14

Transportschritte

Answer 14

nach I,S,T-Model

0. PHOTONEN ABSORPTION
1. retinal isomerisation mit pK- änderungen von mehr als 7 log einheiten.
2. H+ transfer zum ersten akzeptor Asp85 (A1)
3. H+ freisetzung des zweiten akzeptors Glu204 (A2) in den extrazellulären medium nach rotation von Arg82
4. Reprotonierung (konversion zu H+ bindender zustand) der schiff base durch den H+ donor Asp96 (D1)
5. Reprotonierung von D1
6. H+ transfer von Asp85 zu Glu204 (von A1 zu A2)

Schritte 1. und 4. sind chemische halbschritte der vektoriellen katalyse

Question 15

Protonen transport wird vermittelt durch:

Answer 15

• Licht absorption

- pKa- änderungen

Question 16

“Active Water”

Answer 16

Aktives wasser vermittelt den H+ transfer

Die distanz zwischen sensor S+ (RSB) und den H+ akzeptor A1 ist zu groß für direkten H+ transfer

Wasser 402 vermittelt den H+ übergang
Wasser 401 überträgt H+ zum 2ten akzeptor Glu204

Question 17

Vektorielle Halbreaktionen

Answer 17

Der transport benötigt konformationsänderungen des Proteins.

• Grundzustand all-trans retinal protoniert
• L-intermediat 13-cis retinal protoniert
• spätes M-intermediat 13-cis retinal neutral
• N intermeditat 13-cis retinal protoniert

Question 18

Was ist die “ Proton release” Gruppe?

Answer 18

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