Oxidative Phosphorylierung

Question 1

Was ist die Definiton von Atmung(Respiration)?

Answer 1

-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.

Question 2

Was ist E^0´?

Answer 2

• 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.

Question 3

Welche Arten der Übertragung von Reduktionsäquivalenten gibt es?

Answer 3

Question 4

Was bedeutet ein hohes Redoxpotential?

Answer 4

• eine hohe Elektronenaffinität
• umso niedriger das Redoxpotential, desto mehr Energie kann als Reduktionskraft gespeichert werden

Question 5

In welchem Zusammenhang steht die Reduktionskraft mit der freien Enthalpie?

Answer 5

Reduktionspotentiale beziehen sich auf die Teilreaktion, die man als Reduktion schreibt

->Dann Differenz

Question 6

Was ist die Nernst-Gleichung?

Answer 6

Question 7

Was ist der erste Schritt der oxidativen Phosphorylierung?

Answer 7

• 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

Question 8

Wie kooperieren die Strukturelemente des Komplex 1 miteinander, um Protonen aus der Matrix zu transportieren? Wieviele Protonen?

Answer 8

• 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

Question 10

Strukturformel Ubichinon,Semiubichinon und Ubinchinol? Wozu dient Isoprenyl-seitenkette?

Answer 10

-Fettsäureanker für Matrix

Question 11

Wie wird FADH₂ in die Atmungskette eingeschleust?

Answer 11

• durch die Succinat-Dehydrogenase(Komplex 2)->bildet FADH2-> verlässt Komplex nicht
• > Elektronen über Schwefel-Eisenzentren auf Coenzym Q übertragen->QH₂
• kein Protonentransport

Question 12

Welchen Weg schlagen die aus Komplex 1 und Komplex 2 gebildeten Ubichinole ein?

Answer 12

• 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

Question 13

Was ist ein Cytochrom?

Answer 13

-Elektronenübertragendes Protein mit Hämgruppe als prosthetische Gruppe

Question 14

Wie unterscheiden sich Häm A,B,C?

Answer 14

• B-Typ(Hämo- und Myoglobin)->nicht kovalent an Protein gebunden
• C-Typ-> über Cystein-Thio-ether an Protein gebunden
• A-Typ->zusätzliche Isoprenyleinheit

Question 15

Wie kann spektroskopisch ermittelt werden ob ein Cytochrom oxidiert wurde?

Answer 15

-UV-Vis-Spektroskopie-> reduziertes-> andere charakteristische Absorptionmaxima als oxidiertes

Question 16

Q-Zyklus? 1. QH2?

Answer 16

• 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

Question 17

Was versteht man unter Respirasom?

Answer 17

-Atmungskettenkomplexe bilden supramolekularen Komplex

Question 19

Q-Zyklus: 2. QH₂?Protonen?

Answer 19

• 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

Question 20

Warum Q-Zyklus?

Answer 20

• Umandlung 2-elektronen-carrier zu 1 Elektronencarrier
• entstandenens QH₂ kann dann wieder in Ubichinonpool
• Protonentransfer

Question 21

Komplex 4?

Answer 21

• 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-> Cu_A/Cu_A und Cu_B

-2 Hämmoleküle-> Häm a und Häm a₃

Question 23

Fluss Elektronen über Komplex 1

Answer 23

-Cytochrom C -> Cu_A/Cu_A ->Häm_a->Häm_a3 und Cu_B und schließlich O₂

Question 24

Beschreiben 4 Moleküle Cytochrom C an Cytochrom-C-Oxidase

Answer 24

1. Elektronen von 2x Cytochrom c -> entlang Elektronentransferweg -> eins in Cu_B und eins in Häm_a3 ->wenn beide Zentren reduziert-> O₂ kann gebunden werden
2. O₂ zieht je ein Elektron im aktiven zentrum ab->Peroxid(O₂^2-) ->Peroxid-Brücke zwischen Eisen und Cu_B
3. 2 weitere Cyt C binden-> weitere elektronen->wandern zum aktiven zentrum ein Elektron und H⁺ -> reduziert zu Cu_B²⁺-OH und Fe³⁺-OH
4. Reaktion mit 2 weiteren H⁺ -> ermöglicht Freisetzung 2 Moleküle H₂O-> Enzyme in vollständig oxideierte Ausgangsform

Question 25

Wie trägt die Cytochrom-c-Oxidase zum Protonengradienten bei?

Answer 25

- 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

Question 26

Was lässt sich zur Evolution von Cytochrom C sagen?

Answer 26

- in alle Eukaryoten vor 1,5 mIlliarden Jahren entstnaden - Funktion erhalten - 21 von 104 erhalten

Question 27

Was lässt sich zum Elektronentransfer zwischen Gruppen sagen?

Answer 27

- Geschwindigkeit nimmt logarithmisch ab mit Entfernung - typisch 0,8 bis 1,5 nm

Question 28

Was sind ROS? Verteidigungsstrategien

Answer 28

- reactive oxygen-species - Superoxid(O2^-) undPeroxid(O2^2-)-\> oxdiative Schäden-\>Alterung und Krankheiten

Question 29

Was ist die chemiosmotische Hypothese?Protonenmotorische Kraft?

Answer 29

- 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)

Question 30

ATP-Synthase aufbau?

Answer 30

Question 31

Reaktion in ATP-Synthase?

Answer 31

-über pentakovalentes Zwischenprodukt Phosohat mit 5 sauerstoffatomen gebunden

Question 32

Mechansimus des Bindungswechsels ATP-Synthase?

Answer 32

- 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

Question 33

Wieviel Protonen für ein ATP?

Answer 33

-3-4 Protonen

Question 35

Wie funktioniert die Kopplung von Protonenfluss und Rotation in ATP-Synthase?

Answer 35

- 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)

Question 36

Weitere Nutzung Protonengradient?

Answer 36

- Adeninnukleotid-translokase-\>Antiporter, der ADP aus Intermembranraum gegen ATP in Matrix-\>ATP ins cytoplasma - Phosphat-Translokase-\>Symport Proton und Phosohat aus Intermembranraum

Question 37

ATP-Gesamtbilanzpro Glucose?

Answer 37

- 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

Question 38

Regulation oxidative Phosphorylierung?

Answer 38

- durch ADP-Konzentration-\>durch hohe Konzentration steigt Geschwindigkeit der oxidativen phosphorylierung - ATP kann gebildet werden - \>\>Atmusngskontrolle - NAD+ und FAD -\>regen Citratzyklus an

Question 39

Protonengradient-\> universelle Währung freier Enthalpie?