VL 6 Flashcards
Was ist Chemolithoautotrophie?
Chemo: Oxidationsreaktionen werden genutzt um Energie zu gewinnen
Litho: Quelle von Reduktionskraft sind anorganisch
Autotrophie: Organismen nutzen Co2 als Kohlenstoffquelle
Prinzip der Chemolithoautotrophie
anorganischer e- Donator wird oxidiert -> gibt seine e- an Carrier ab -> hier fehlt was mit O2
Aufbau des H+ Gradient zur ATP Herstellung
Carrier: QH2 (Quinon), Cytc (red)
Chemolithotrophie, Bsp: Schwefel
H2S ( Schwefelwasserstoff) wird zu H2SO4 (Schwefelsäure) oxidiert= das Sulfit darin wird zu Sulfat oxidiert
-> 8 e- werden frei
-> kommen in die Atmungskette
H2S kommt aus tieferen Schichten des Wassers
-> steht in der aeroben Zone für die lithotrophe Substratoxidation zur Verfugung
-> Produkt (H2SO4) :in tieferen Schicht als Substrat für anaerobe Atmung
=> Ausschnitt aus Schwefelkreislauf
Wovon ist die Energieausbeute abh.?
- vom Redox-Potenzial der Substrat/Oxidationsprodukt-Paare
- von der vorhandenen Stoffmenge und Löslichkeit der Substrate/Oxidationsprodukte
- vom Redox-Potenzial der Elektronenüberträger, die durch die substrat-oxidierenden Enzyme reduziert werden
Messung von Redoxpotentialen (erstmal skippen, ist nicht 1. Prio)
Zusammenhang zwischen Redox-Potenzial und freier Energie
ΔG0´= -n* F* ΔE0´
delta G0´= Änderung der freien Energie
n: Anzahl der übertragenen Elektronen
=> positive Potentialdifferenz -> negatives deltaG0´
=> dieses Reaktionen setzen Energie frei, kann als Stoffwechselenergie genutzt werden
Redoxskala einiger Elektronendonatoren
Redoxskala: von negativ zu positiv:
H2 -> NAD(P) -> S2- -> S -> NH4+ -> NO2- -> Fe2+ -> H2O
Nachweis der Schwefeloxidation zur Energiebeschaffung in Organismen
Organismen die Schwefeloxidation nutzen
a: ganz frische Zellen oder solche in Schwefelmedien
b: Schwefelkügelchen verschwinden langsam bis zu c
c: kein Schwefel mehr
Schwefeleinschlüsse innerhalb der Zelle
Oxidation red. S Verbindungen - Schritte&Wege
- e- von S Verbindungen münden in e- Transportkette ein& trieben protonenmotorische Kraft an
S kann zu Sulfat oxidiert werden
e- aus oxidation versch S Verbindungen münden in untersch Positionen in die Atmungkette ein
=> versch e- Überträger (NAD+, FAD, Q, cyt bc1, cyt c, cyt aa3)
e- von (S2O3)2- und S treffen auf Höhe des Cyt c in Prozess ein
NADH wird durch reversen e- Fluss erzeugt
e- aus Oxidation von S Verbindungen werden mit Carrier in die Atmungskette eingeschleust, die positiver Redoxpotential hat als NAD +/NADH Paar (Problem)
Wieso ist es ein Problem, dass die Carrier redopxpositiver sind als NADH?
Organismen fixieren Co2, brauchen ATP und Redukionskraft aus NADH (weil Calvinzyklus),
-> e- auf Redoxpot. ,das positiver als NAD+/NADh ist
Reduktion von NAD+ zu NADH ist wegen Thermodynamik nicht so leicht
Lösung des Redoxpotentialproblems:
Lösung: reverser e- Fluss, unter Energieaufwand läuft die Atmungskette rückwärts ab, sodass die e- unter Energieverbrauch zur Reduktion von NAD+ zu NADH genutzt werden
-> die Energie kann nicht mehr genutzt werden
==> viele Chemolithoautotrophe setzten große Substratmengen um, aber haben immer noch eine geringe Ausbeute, weil:
+ Teil des Potentials wird für NAD+ verwendet (voraussetzung für die CO2 Fixierung)
+Carrier haben geringeres Reduktionspotential durch Substratreduktion (?)
Funktion der Hydrogenase bei aeroben Wasserstoffbakterien
2 Hydronasen:
- membrangebundene: ein die Energiegewinnung eingebunden
- cytoplasmatische: erzeugt NADH für den Calvinzyklus (eher Ausnahme)
Hydrogenasen oxidieren H2: H2 -> 2H+ und 2 e-,
haben Fe-S-Zentrum
freigesetzte e- gehen zu Carriern: Q -> cyt bc1 -> cyt c -> cyt aa3
=> Protonengradient für ATPase
wenn membrangebunde nicht vorhanden: Bildung der Reduktionsenergie durch reversen Eletronenfluss von Q zu NAD+ -> bildet NADH
Eisen-Oxidation
Oxidation von reduzierten Metallen
Bakterien leben im sauren Milieu (pH 1-2)
Atmungskette beginnt an äußerer Membran (gramnegativ):
-> cyt c oxidiert Fe 2+ zu Fe3+ -> e- geht weiter zu Rusticyanin -> Cyc A1 für rückläufigen e- Transport oder Cyt aa3 für Atmungskette (reduziert H2 zu H2O)
führt zur Cytoplasma Membran
Lebensraum A. ferrooxidans
Bsp: Rio Tinto,
mineralreiche Umgebung, schadet ihr, weil es unlösliche Erze freisetzt durch Oxidation und Säure produziert
-> pH sinkt bis zu pH 1-2
Funktionsweise einer Kupfermine
