VL 2-5 Flashcards
Welche Reaktion katalysiert die Pyruvat:Ferredoxin Oxidoreduktase? (2 P)
Acetyl-CoA + CO2 + Fd2- -> Pyruvat + Fd + HS-CoA
Was ist Ferredoxin, und nennen Sie vier wichtige seiner Eigenschaften? (3 P)
= kleines redoxaktives Protein
- Elektronenüberträger
- ca. 8-16 kDa (kleines Molekül)
- sehr negatives Redoxpotential (d.h. viel Energie)
- meist 4Fe-4S-Cluster, gebunden über Cysteine
Wie wird im Q-Zyklus Energie konserviert? (2 P)
durch H+ Transport über die Membran
-> pro 2e-, die vom Komplex zum Cyt c weitergegeben werden, werden 4H+ über die Membran transportiert
Aus welchen zwei prinzipiellen Komponenten besteht eine Atmungskette (zusätzlich zur ATP-Synthase)? Beschreiben Sie eine Ausnahme, in der eine Atmung ohne Atmungskette stattfindet. (4 P)
- ionentranslozierendes, membranständiges Enzym
- terminale Oxidase
Atmung ohne Atmungskette bei Methanogenen ohne Cytochrome (H2 und CO2 in Methanosomen zu CH4 und H2O umgesetzt, ohne Beteiligung einer elektronentransportierenden Atmungskette)
Über welche Intermediate verläuft die Denitrifikation in Pseudomonas stutzeri? Welche Reaktionen werden über membranintegrale Enzyme katalysiert, wo werden „Protonen gepumpt“? (4 P)
Nitrat (NO3-) -> Nitrit (NO2-) -> Stickstoffmonoxid (NO) -> Distickstoffoxid (N2O) -> Stickstoff (N2)
integrale Membranproteine:
- Nitrat(NO3-)-Reduktase,
- Nitritoxid(NO)-Reduktase
(periplasmatische Proteine: Nitrit-Reduktase, Distickstoffoxid-Reduktase)
Protonenpumpen:
- Flavoprotein/Fe-S-Komplex (4H+)
- Cyt b/Ubichinon-Pool (2H+)
- NO-Reduktase (2H+)
Wieso ist die Nitratreduktion energetisch gegenüber der Sulfatreduktion bevorzugt? (1 P)
Nitratreduktion energetisch günstiger, da Nitrat ein positiveres Redoxpotential als Sulfat hat
-> dadurch wird mehr Energie frei, es können mehr H+ über die Membran gepumpt werden -> mehr ATP => höhere Energieausbeute
Welche drei Enzyme sind bei der dissimilatorischen Sulfatreduktion beteiligt? Warum wird Sulfat nicht reduziert? Wie wird Energie konserviert? (5 P)
- ATP-Sulfurylase
- APS-Reduktase
- Sulfitreduktase
Sulfat ist chemisch Stabil (Tetraeder-Form), schwer angreifbar, reagiert nicht spontan, braucht viel Energie um aktiviert zu werden
Energiekonservierung durch pmf -> ETP (hydrogen cycling)
Wieso korrodiert Eisen Fe(0) in Gegenwart von Sulfat(reduzierern) – 2 Möglichkeiten? (4 P)
- beschleunigte Oxidation metallischen Eisens durch den verbrauch von H2 (abiotisch durch die Reduktion von Protonen an der Metalloberfläche erzeugt)
- direkter Transfer von Elektronen aus dem Metall, durch Elektronen-leitende Zellwandstrukturen die an ein Elektronentransfersystem (Periplasma) gekoppelt sind
Was ist das Problem bei der Eisenatmung, und wie haben Bakterien es gelöst? (2 P)
Problem: Eisen ist in seiner gelösten Form (Fe2+) in O2-armen Umgegbungen sehr reaktiv und oxidiert schnell zu unlöslichem Eisen(III)-oxid
=> Eisen-Hydroxid-Fällung, diese Fällung macht das Eisen für MO unzugänglich
Lösung: extrazelluläre Elektronenüberträger => Huminstoffe
-> chinonähnliche funktionelle Gruppen im Humus werden durch acetatoxidierende Bakterien reduziert
-> Das reduzierte Humus gibt die Elektronen dann an Metalloxide ab, wodurch reduziertes, lösliches Fe2+ und oxidierter Humus entsteht
Argumentieren Sie, inwiefern der Begriff „Protonenatmung“ für die Wasserstoffbildung aus Glukose bei Pyrococcus furiosus eine echte Atmung darstellt. (2 P)
Fd-Produktion aus Glykoloyse: negatives Reaktionspotential von Fd erlaubt es die Fd-Oxidation mit der Reduktion von 2H+ zu koppeln, dabei wird 1 Poton über die Membran gepumpt
=> Protonenpumpen mittel einer Hydrogenase ist analog zum Protonenpumpen durch terminale Elektronenüberträger bei anderen Atmungen
P. furiosus erzeugt ATP durch SLP bei der Umwandlung von Phosphoenolpyruvat zu Pyruvat und von Acetyl-CoA zu Acetat (Na+-abhängig)
Wie weist man nach, ob ein membrangebundenes Enzym über einen chemiosmotischen Mechanismus Energie konserviert?
Nachweis bei membrangebundenen Enzymen: invertierte Membranvesikel
-> radiomarkiertes Na+ wird in das Vesikel durch die ATPase gepumpt
Wie schaltet P. furiosus von der Schwefelatmung um in eine Vergärung/Protonenatmung, und welche Enzymkomplexe und Reaktionen sind an der chemiosmotischen Energiekonservierung beteiligt? (5 P)
wenn Schwefel vorhanden:
- Expression der Hydrogenase sinkt
- Expression der S-Reduktase steigt
umschaltprozess wird durch regulatorische Mechanismen gesteuert: Sulfur-Regulatory Protein als Transkriptionsregulator
beteiligte Enzymkomplexe und Reaktionen:
- MBS, wenn Schwefel vorhanden
- MBH, wenn H2 vorhanden
=> Enzyme katalysieren die Reduktion von Protonen mit Wasserstoffgas, wobei Elektronen freigesetzt werden, die erzeugten Elektronen werden dann durch den Elektronentransport durch die Zellmembran geleitet, was zu einem Protonengradienten führt
- ATP-Synthase
=> Enzym nutzt den Protonengradienten über der Zellmembran, der durch den Transport von Protonen durch MBS und MBH entsteht, um ATp aus ADP und anorganischem Phosphat zu synthetisieren (arbeitet nach dem Prinzip der chemiosmotischen Kopplung)
Erläutern Sie anhand eines selbstgewählten Beispiels den Begriff Gärung. Warum ist die Gärung von Pyrococcus furiosus untypisch? (5 P)
Gärung= Redoxreaktion ohne externen Elektronenakzeptor
Glukose –ox–> Pyruvat –red–> Laktat
P. furiosus nutzt H+ als Elektronenakzeptor (das oxidierte Substrat (Acetat) wird also nicht als Elektronenakzeptor genutzt
Beschreiben Sie zwei Wege der Ethanolgärung (mit Reaktionen/Enzymen), ausgehend von Pyruvat. (6 P)
Was ist das Besondere an der Succinatgärung von Propiogenium modestum? Über welche Intermediate und Reaktionen verläuft der Umsatz von Succinat zum Endprodukt? (5 P)
- Succinat als Elektronendonor und keinen alternativen Elektronenakzeptor
- Decarboxylierung von Succinat erzeugt nicht genügend freie Energie, für ATP-Bildung durch SLP
- Energie reicht allerdings aus, um Natriumionen (Na+) aus dem Cytoplasma über die Cytoplasmamembran ins Periplasma zu pumpen
- Energiegewinnung über die natriummotorische Kraft
Succinat → Methylmalonyl-CoA (durch Decarboxylierung) → Propionyl-CoA → Propionat
