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Bio5 - Biochemie > VL 9 Oxidative Phosphorylierung > Flashcards

VL 9 Oxidative Phosphorylierung Flashcards

1
Q

Welches Grundprinzip lässt die oxidative Phosphorylierung zu eine ATP erzeugenden Weg werden?

A
  • energiereiche Elektronen werden auf eine organische Verbindung (O2) übertragen
  • dabei wird die Energie genutzt um Protonengradienten aufzubauen (Energiespeicher)
  • Energie des Protonenfluss (protonmotorische Kraft) entlang des Gradienten kann durch ATP-Synthase genutzt werden um ADP in ATP umzuwandeln
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2
Q

Wie sind Standardredoxpotentiale definiert?

Wie können Redoxäquivalente übertragen werden?

A
  • Redoxpotential ist Maß für Elektronenaffinität
  • Bezugsgröße ist das Potential der Wasserstoffelektrode
    • Redoxpotential ist immer realtiv zu diesem Wert zu sehen
  • Redoxpotentiale wurden experimentell gemessen und für viele Reaktion in Tabellen dargestellt
  • direkt als Elektron
  • als Wasserstoffatome
  • als Hydridion (H-)
  • Reaktion mit O2
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3
Q

Wie kann man die Energie berechnen, die bei einer Redox Reaktion frei wird bzw. gebraucht wird?

A
  • ΔG0’ = - n * F * ΔE0’
  • F = 96458 J mol-1 V-1 (Faraday Konstante)
  • n = Anzahl übertragener Elektronen
  • ΔE0 = Redoxpotentialdifferenz der Reaktion
  • Redoxpotentiale beziehen sich auf Reduktion, bei Oxidation Vorzeichen umkehren
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4
Q

Redoxpotentiale in Abhängigkeit zur Stoffkonzentration (Nernst’sche Gleichung)

A
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5
Q

Wie ist Ubichinon aufgebaut und welche Funktion hat es?

A
  • Ubichnon = Coenzym Q
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6
Q

Was sind Eisen-Schwefel Zentren und welche Funktion haben sie in der NADH-Q-Oxidoreduktase?

A
  • verschiedene Komplexe aus Eisen und Schwefel
  • fest in Protein als prosthetische Gruppe gebunden
  • jedes Zentrum kann oxidiert und reduziert werden
  • verantwortlich für Übertragung der Elektronen von FMNH2 auf Coenzym Q
  • Fe-S Zentren liegen genau in Richtigem Abstand im Protein zueinander um Elektronen entsprechend des Redoxpotentials an das nächste Fe-S Zentrum weiterzugeben
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7
Q

Wie heißen die Komplexe der oxidativen Phosphorylierung?

A
  • Komplex I
    • NADH-Q-Oxireduktase
  • Komplex II
    • Succinat-Q-Reduktase
  • Komplex III
    • Cytochrom-b,c1-Komplex
    • Q-Cytochrom-c-Oxireduktase
  • Komplex IV
    • Cytochrom-c-Oxidase
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8
Q

Was passiert im Komplex I?

A
  • NADH-Q-Oxidureduktase
  • NADH bindet an Komplex I und gibt Proton mit 2 Elektronen an Flavinmononucletid (FMN) ab wodurch es zu FMNH2 reduziert wird
  • Die Elektronen werden im weiteren über die Fe-S Zentren zum Coenzym Q transportiert, welches daraufhin 2 Protonen aus der Matrix aufnimmt und reduziert wird (QH2)
  • Durch den Elektronentransport werden 4 H+ aus der Matrix in den Intermembranraum gepumpt
  • anschließend verlässt QH2 den Komplex I ins Membraninnere
  • ein Elektronenpaae = 4 H+ gepumt
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9
Q

Was passiert im Komplex 2?

A
  • Succinat-Q-Reduktase Komplex
  • Succinat-Dehydrogenase ist Bestandteil des Proteins
  • FADH2 wird im Citratzyklus gebildet, verlässt das Protein nicht und gibt über einige Fe-S Zentren seine Elektronen an Coenzym Q ab was zu QH2 reduziert wird
  • es findet kein Transport von H+ statt
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10
Q

Was passiert im Komplex 3?

A
  • Cytochrom-b,c1-Komplex
    • Q-Cytochrom-c-Oxireduktase
  • Übertragung der Elektronen von Ubichinol (QH2) auf Cytochrom c mittels Q-Zyklus, dabei Pumpen von H​+ ​aus Matrix
  • weitere prosthetische Gruppen Cytochrom b und Fe-S Zentrum (Rieske Fe-S Zentrum)
  • Cytochrome sind elektronenübertragende Proteine die Hämgruppen als prosthetische Gruppe besitzen
  • ein Elektronenpaar = 2 H+ gepumpt
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11
Q

Was ist der Q Zyklus?

A
  • QH2 hat 2 Elektronen, die auf Cytochrom c übertragen werden welches nur ein Elektron aufnehmen kann
  • QH2 bindet, gibt 2 H+, ein Elektron an Cyt c und ein Elektron an ein weitere Q in einer zweiten Bindungsstelle ab
    • Bildung Semichinonanionradikal
  • nächstes QH2 bindet und gibt 2 H+, sowie 1 Elektron an weiteres Cyt c und ein Elektron an das Radikal ab, welches 2 Protonen aus der Matrix aufnimmt und so zu QH2 reduziert wird
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12
Q

Was passiert im Komplex 4?

A
  • Cytochrom-c-Oxidase
  • Katalyse des Transport der Elektronen von reduzierten Cyt c auf molekularen Sauerstoff (daher aerob)
  • und Pumpen von 4 Protonen je 4 Cyt c
  • behinhaltet 2 Cu Zentren und 2 Häm Gruppen
  • 2 Cyt c reduzieren CuB Zentrum und Häm a3 sodass O2 binden kann
  • 2 weitere Cyt c liefern 2 Elektronen wodurch 2 H+ addiert werden können (CuB2+-OH & Fe3+-OH)
  • danach werden 2 weitere H+ addiert und Wasser wird entlassen
  • 4 Protonen gepumpt, 4 aus der Matrix entfernt durch Bildung Wasser
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13
Q

Wieso sind die unterschiedlichen Cofaktoren der Oxidativen Phosphorylierung wichtig für den Elektronenfluss?

A
  • die verschiedenen Cofaktoren haben unterschiedliche Mittelpunktsredoxpotentiale
  • dadurch stark genug um Elektronen aufzunehmen aber nicht zu stark um sie wieder abzugeben
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14
Q

Was unterscheidet gepumte von chemischen Elektronen?

A
  • In Komplex 4 werden z.B. Protonen aus der Matrix aktiv in den Intermembranraum befördert
    • werden also auf der einen Seite Entfernt und bauen auf der anderen Seite den Gradienten auf
  • Chemische Protonen gehen mit O2 eine Bindung ein woraus Wasser entsteht. Die Protonen werden aus der Matrix entfernt aber nicht der Intermembranseite hinzugefügt
    • wirken daher nur teilweise am Aufbau des Gradienten mit
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15
Q

Was erklärte die chemiosmotische Theorie?

A
  • Chemiosmotische Theorie:
    • Kommplung der NADH Oxidation und ATP-Synthese an Zwischenprodukt (Protonengradient als Energiespeicher)
  • Nachweis mittels Künstlicher Mambran, ATPase und Bakterien Rhodopsin
  • Bakterien Rhodopsin baut durch Lichteinfall H+ Gradienten in Membran auf
  • ATPase nutzt den Gradienten um ATP zu erzeugen
  • ATP Menge abhängig von Lichteinfall
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16
Q

Welche Vorteile und Gefahren stammen aus dem Leben mit Sauerstoff?

A
  • Vorteile:
    • Atmospährisch und im Wasser verfügbar
    • große Redoxpotentialdifferenz bei Bildung von Wasser → großer Energiegewinn aus chemischen Verbindungen möglich
  • Nachteile:
    • Erzeugung toxischer Sauerstoffspezies
    • z.B.: Superoxid, zur Neutralisierung Superoxid Dismutase
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17
Q

Wie ist die F1F0 ATP Synthase aufgebaut?

A
  1. Protonenleitende F0-Unterheinheit
    - 10-14 c-Untereinheiten
    - 1 -Untereinheit
    - über 2 b-Untereinheiten, eine gamma-Untereinheit und einer ye-Untereinheit mit F1-Unterheinheit verbunden
  2. Lösliche F1-Untereinheit
    - ß und alpha-Untereinheiten versetzt als Ring
    - hier wird ADP mit Pi zu ATP umgewandelt
18
Q

Wie rotiert der Rotor der ATP-Synthase?

A
  • c Untereinheit sind Helices mit protonierten Aspartat
  • a Untereinheit mit 2 Halbkanälen
  • unprotonierter ASP wird durch ARG stabilisiert, dadurch Aufbau mechanischer Spannung
  • Proton dringt in Intermembranhalbkanal und bindet an ASP, keine elektrostatische Stabilisierung und Entspannung, dadurch Rotationsbewegung
  • benachbarte c Untereinheit kommt in Bereich des ARG im Stator, gebundes Proton löst sich und diffundiert durch Matrixhalbkanal weg
  • negativ geladene ASP geht elektrostatische WW zu ARG ein und mechanische Spannung wird aufgebaut
  • Ausgangsposition wieder hergestellt
19
Q

Definieren Sie den Begriff „Oxidative Phosphorylierung“.

A

Dies ist der Prozess in welchem ATP hergestellt wird, wobei er durch den Transfer von Elektronen aus NADH oder FADH2 an O2 über eine Serie von unterschiedlichen Elektronencarriern innerhalb der Mitochondrienmembran angetrieben wird.

20
Q

Welche Rolle spielt der Protonengradient bei der Erzeugung von ATP?

A
  • Energie des Protonengradienten wird genutzt um ATP nach der Reaktion von ADP + Pi → ATP wieder aus der ATPase zu lösen
21
Q

Welches Enzym katalysiert die Reduktion von O?.

A

Cytochrom C Oxidase

22
Q

Welches Enzym kommt im Citratzyklus und auch in der Elektronentransportkette vor?

A

Succinat-Dehydrogenase

23
Q

Was ist das Malat-Aspartat-Shuttle?

A

Dies ist der Prozess durch den cytoplasmatisches NADH mit Hilfe des Elektronentransportsystems durch O2 reoxidiert werden kann

24
Q

Auf welche prosthetische Gruppe überträgt NADH zwei Elektronen im Komplex I?

A

FMN, welches zu FMNH2 reduziert wird

25
Q

Von welche Protein werden die Elektronen Komplex III zu Komplex IV transportiert?

A

Cytochrom C

26
Q

Wie wird ein negativ (ein zusätzliches Elektron) geladenes O2 Ion genannt?

A

Superoxid, stark reaktiv

27
Q

Wieviele ATP-Moleküle werden durch die oxidative Phosphorylierung im Vergleich zur Gesamtausbeute gewonnen, wenn Glucose vollständig zu CO2 und H2O oxidiert wird?

A

26 von 30

28
Q

Welche Wege kann ein Elektronenpaar durch die Transportkette nehmen?

A
  1. NADH → Komplex I → CoQ → Komplex III → Cyt C → Komplex IV → O2
  2. FADH2 → Komplex II → CoQ → Komplex III → Cyt C → Komplex IV → O2
29
Q

Von wo werden die Protonen bei der Elektronentransportkette wohin transportiert?

A

Sie wandern durch die innere Mitochondrienmembran von der Innenseite der Matrix in den Intermembranraum

30
Q

Was ist ein Cytochrom?

A

Cytochrom ein Protein, das Elektronen transferiert und auch Häm als prosthetische Gruppe enthält

31
Q

Welche Aminosäure koordiniert im Rieske-Zentrum das Eisen-Schwefel-Cluster?

A

Histidin

32
Q

Welches ist die Reaktion der ATP-Synthase?

A

ADP3- + HPO42- + H+ ↔ ATP4- + H2O

33
Q

Wie hoch ist die netto ATP-Ausbeute wenn ein cytoplasmatisches NADH von der Elektronentransportkette mit Hilfe des Glycerin-3-Phosphat-Shuttles reoxidiert wird?

A

1,5 ATP

34
Q

Was passiert beim Malat-Aspartat-Shuttle?

A
  • Elektronen werden von NADH auf Oxalactet transferiert um Malat zu erhalten
  • Rückreaktion des letzten Schrittes im Citratzykluses
35
Q

Was ist eigentlich Oxidative Phosphorylierung?

A
  • Herstellung von ATP, durch Übertragung von Elektronen von NADH/FADH2 auf O2
  • Dieser Prozess geschieht über eine Serie von unterschiedlichen Elektronencarriern innerhalb der Mitochondrienmembran
36
Q

Zeichne ein Mitochondrium und gib an wo der Citratzyklus und wo die Oxidative Phosporylierung stattfindet

A
  • Großteil des Citratzyklus findet in der Matrix statt
  • Oxidative Phosphorylierung läuft in der inneren Mitochondrienmembran ab
37
Q

Geben Sie die ausgeglichene Reaktionsgleichung für die Nettoreaktion, die von Q-Cytochrom-c-Oxidoreductase katalysiert wird, an.

A

QH2 + 2 Cyt Cox + 2 H+matrix → Q + 2 Cyt Cred + 4 H+cytosol

38
Q

Welches ist eine wichtige Schutzstrategie gegen die oxidative Schädigung durch reaktive Sauerstoff-Spezies (ROS)?

A
  1. Superoxid-Dismutase: konvertiert Superoxid-Radikale zu Peroxid und Sauerstoff (benötigt Protonen)
  2. Katalase: konvertiert Wasserstoffperoxid zu Wasser und Sauerstoff.
39
Q

Welche Rolle spielen die Protonen in der ATP-Synthese durch die FoF1-ATP-Synthase?

A
  • die Bindung eines Protons an das Enzym führt zu einer konformationellen Änderung, die das gebundene ATP freisetzt
  • Die Rolle des Protonengradienten liegt nicht darin ATP herzustellen, sondern es aus der Synthase freizusetzen.
40
Q

Wie funktioniert das Glycerin-3-Phosphat-Shuttle?

A
  1. Elektronen werden von NADH auf DHAP (Dihydroxyacetonphosphat) übertragen, um Glycerin-3-P herzustellen (läuft im Cytosol ab)
  2. Glycerin-3-P diffundiert durch die äußere mitochondrielle Membran und transferiert seine Elektronen auf FAD der Glycerin-3-Phosphat-Dehydrogenase (liegt in der inneren Membran)
  3. Das FADH_2 überträgt die Elektronen schließlich auf Q.
41
Q

Wie wird Oxalacetat im Malat-Aspartat-Shuttle regeneriert, da ja kein Transporter für Oxalacetat durch die innere Membran existiert?

A
  • Malat wird durch die Malat-Dehydrogenase zu Oxalacetat umgesetzt (Citratzyklus)
  • Oxalacetat wird zu Apartat, welches raus transportiert werden kann
  • Nun reagiert es mithilfe von Glutamat und α–Ketoglutarat wieder zu Oxalacetet
42
Q

Wie wird die Oxidative Phosphorylierung reguliert?

A
  • Akzeptorkontrolle:
  • nur wenn ADP zur Phosphorylierung zu ATP vorhanden ist, können die Elektronen fließen.
  • deshalb läuft die Synthese von ATP nur ab, wenn die ADP-Konzentrationen hoch sind

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