Biochemie 7
Oxidative Phosphorylierung
Oxidative Phosphorylierung
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E. K.
E. K.
Diese Lernkarten behandeln auf Universitätsniveau die Prozesse der Atmungskette und oxidativen Phosphorylierung, wobei Komplexe wie NADH-Q-Oxidoreduktase, Cytochrom-c-Oxidase und Succinat-Dehydrogenase im Fokus stehen. Sie erklären die Rolle von Elektronenträgern wie Coenzym Q, Fe-S-Clustern und Häm-Gruppen sowie die Bedeutung von Protonengradienten für die ATP-Synthese. Ideal für Studierende der Biochemie, die die Energiegewinnung in Mitochondrien vertiefen möchten.
Cartes-fiches
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Utilisateurs
1
Langue
Allemand
Catégorie
Biologie
Niveau
Université
Créé / Mis à jour
03.05.2015 / 28.03.2023
Fakten der oxidativen Phosphorylierung
Commandes clavier:
= tourner,
= avant/arrière,
= faire défiler
- die Elektronen in NADH und FADH2 (Reduktionsäquivalente aus dem ZSZ) werden über diverse Carrier-Proteine auf O2 übertragen --> 2 H+ + 2 e- + 1/2 O2 -----> H2O (Reaktion ist stark exergonisch)
- die hierbei entstehende Energie wird für die Erzeugung von ATP verwendet
- 26-30 ATP, die bei der Oxidation von Glukose frei werden, stammen aus der oxidativen Phosphorylierung
- Atmung: ATP-erzeugender Prozess, bei der eine anorganische Verbindung (z.B. O2) als Elektronenakzeptor dient
Atmungskette
Commandes clavier:
= tourner,
= avant/arrière,
= faire défiler
- NADH reagiert nicht spontan mit Sauerstoff zu Wasser, ausserdem würde es mit einem Mal alle Energie freisetzen
- daher werden eine Reihe von Redoxreaktionen verwendet, um so die Energie der Elektronenübertragung von NADH zu O2 effizient für die ATP-Synthese nutzen zu können ---> die Aufgabe der Atmungskette
- Elektronenfluss durch die Atmungskette bewirkt einen Protonentransport durch die innere mitochondriale Membran
Ort der oxidativen Phosphorylierung
Commandes clavier:
= tourner,
= avant/arrière,
= faire défiler
In der inneren Membran der Mitochondrien ist die Atmungskette verankert
- an der inneren sind negative Ladungen
- an der äusseren sind positive Ladungen durch den Protonentransfer
Erzeugung des Protonengradienten
Commandes clavier:
= tourner,
= avant/arrière,
= faire défiler
- Für den Protonengradient sind Komplexe I, III und IV der Atmungskette verantwortlich.
- Ein Ladungsaustausch ist nicht möglich, weil das die Membran nicht zulässt
Oxidative Phosphorylierung
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= tourner,
= avant/arrière,
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- --> besteht aus der Atmungskette und der Chemiosmose
- Die zur Herstellung von ATP benötigte Energie wird dabei mittels der Atmungskette gewonnen und mithilfe der chemiosmotischen Kopplung in chemische Energie umgesetzt
Komplexe der Atmungskette
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- Komplex I: NADH-Ubiquinon-Oxidoreduktase
- Komplex II: Succinatreduktase
- Komplex III: Ubiquinon-Cytochrom-c-Oxidoreduktase
- Komplex IV: Cytochrom-c-Oxidoreduktase
prostethische Gruppen der Elektronenüberträger
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= tourner,
= avant/arrière,
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- FMN
- Coenzym Q
- Eisen-Schwefel-Cluster (Fe-S-Cluster)
- Häm
FMN
Commandes clavier:
= tourner,
= avant/arrière,
= faire défiler
- Flavinmononukleotid
- Bestandteil von Flavoproteinen
Coenzym Q, Ubichinon
Commandes clavier:
= tourner,
= avant/arrière,
= faire défiler
- bei Ubiquinon ist der Elektronentransfer mit Protonen-Bindung bzw. -Freisetzung gekoppelt
- Elektronenträger in Membran-gebundenen Elektronen-Transfer-Ketten
- durch Aufnahme eines e- wird Q zu Q-, durch Aufnahme eines weiteren zu QH2 (Ubiquinol)
Fe-S-Cluster
Commandes clavier:
= tourner,
= avant/arrière,
= faire défiler
- Elektronenträger, dadurch dass das Eisen in den Clustern reversibel von Fe2+ zu Fe3+ oxidiert werden kann
Häm-Gruppen
- es gibt unterschiedliche Häm-Gruppen, die als Elektronenträger in Cytochromen dienen
Komplex I
- NADH-Q-Oxidoreduktase
- nimmt die Elektronen von NADH auf
- NADH + Q + 5 H+ (Matrix) ----> NAD+ + QH2 + 4 H+ (Cytosol)
Komplex II
- Succinat-Q-Reduktase, auch Succinat-Dehydrogenase ist Komponente von Komplex II
- überträgt e- von Succinat auf QH2, wobei Fumarat entsteht
Komplex III
- Q-Cytochrom-c-Oxidoreduktase
- überträgt e- von QH2 auf Cytochrom C
- ist Protonenpumpe
Komplex IV
- Cytochrom-c-Oxidase
- macht die Reduktion von O2
- O2 + 4 e- + 4 H+ ---> 2 H2O
- ist auch Protonenpumpe
Toxische Nebenprodukte
- Superoxide (O2-) und Peroxide (O22-)
- entstehen durch unvollständige Reaktionen bei der Reduktion von O2 zu Wasser
Antrieb des aktiven Transports durch protonenmotorische Kraft
- so wird gewehrleistet, dass immer ausreichend Phosphat in der Matrix vorhanden ist, damit ATP gebildet werden kann:
- ein ADP3- kommt von innen nach aussen in die Matrix, um dort eine Phosphatgruppe angehängt zu bekommen
- ATP4- wird Austausch gegen ADP3- transportiert (Antiporter)
NADH-Gebrauch
- wird für Komplex I gebraucht
- wird für die Nicotinamidnukleotidtranshydrogenase gebraucht für den Abbau von toxischen O2-Spezies
- daher ist die ständige Versorgung mit NADH sehr wichtig
ATP-Bilanz der Oxidation von Glukose
Pro Molekül Glukose werden etwa 30-32 ATP-Moeleküle hergestellt
ATP-Synthase
- Protonen werden von der P-Seite zur N-Seite transportiert
- gleichzeitig wird die Drehbewegung genutzt, um eine Nähe zwischen 2 Phosphatgruppen zu erzeugen
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Fakten der oxidativen Phosphorylierung
- die Elektronen in NADH und FADH2 (Reduktionsäquivalente aus dem ZSZ) werden über diverse Carrier-Proteine auf O2 übertragen --> 2 H+ + 2 e- + 1/2 O2 -----> H2O (Reaktion ist stark exergonisch)
- die hierbei entstehende Energie wird für die Erzeugung von ATP verwendet
- 26-30 ATP, die bei der Oxidation von Glukose frei werden, stammen aus der oxidativen Phosphorylierung
- Atmung: ATP-erzeugender Prozess, bei der eine anorganische Verbindung (z.B. O2) als Elektronenakzeptor dient
Atmungskette
- NADH reagiert nicht spontan mit Sauerstoff zu Wasser, ausserdem würde es mit einem Mal alle Energie freisetzen
- daher werden eine Reihe von Redoxreaktionen verwendet, um so die Energie der Elektronenübertragung von NADH zu O2 effizient für die ATP-Synthese nutzen zu können ---> die Aufgabe der Atmungskette
- Elektronenfluss durch die Atmungskette bewirkt einen Protonentransport durch die innere mitochondriale Membran
Ort der oxidativen Phosphorylierung
In der inneren Membran der Mitochondrien ist die Atmungskette verankert
- an der inneren sind negative Ladungen
- an der äusseren sind positive Ladungen durch den Protonentransfer
Erzeugung des Protonengradienten
- Für den Protonengradient sind Komplexe I, III und IV der Atmungskette verantwortlich.
- Ein Ladungsaustausch ist nicht möglich, weil das die Membran nicht zulässt
Oxidative Phosphorylierung
- --> besteht aus der Atmungskette und der Chemiosmose
- Die zur Herstellung von ATP benötigte Energie wird dabei mittels der Atmungskette gewonnen und mithilfe der chemiosmotischen Kopplung in chemische Energie umgesetzt
Komplexe der Atmungskette
- Komplex I: NADH-Ubiquinon-Oxidoreduktase
- Komplex II: Succinatreduktase
- Komplex III: Ubiquinon-Cytochrom-c-Oxidoreduktase
- Komplex IV: Cytochrom-c-Oxidoreduktase
prostethische Gruppen der Elektronenüberträger
- FMN
- Coenzym Q
- Eisen-Schwefel-Cluster (Fe-S-Cluster)
- Häm
FMN
- Flavinmononukleotid
- Bestandteil von Flavoproteinen
Coenzym Q, Ubichinon
- bei Ubiquinon ist der Elektronentransfer mit Protonen-Bindung bzw. -Freisetzung gekoppelt
- Elektronenträger in Membran-gebundenen Elektronen-Transfer-Ketten
- durch Aufnahme eines e- wird Q zu Q-, durch Aufnahme eines weiteren zu QH2 (Ubiquinol)
Fe-S-Cluster
- Elektronenträger, dadurch dass das Eisen in den Clustern reversibel von Fe2+ zu Fe3+ oxidiert werden kann
Häm-Gruppen
- es gibt unterschiedliche Häm-Gruppen, die als Elektronenträger in Cytochromen dienen
Komplex I
- NADH-Q-Oxidoreduktase
- nimmt die Elektronen von NADH auf
- NADH + Q + 5 H+ (Matrix) ----> NAD+ + QH2 + 4 H+ (Cytosol)
Komplex II
- Succinat-Q-Reduktase, auch Succinat-Dehydrogenase ist Komponente von Komplex II
- überträgt e- von Succinat auf QH2, wobei Fumarat entsteht
Komplex III
- Q-Cytochrom-c-Oxidoreduktase
- überträgt e- von QH2 auf Cytochrom C
- ist Protonenpumpe
Komplex IV
- Cytochrom-c-Oxidase
- macht die Reduktion von O2
- O2 + 4 e- + 4 H+ ---> 2 H2O
- ist auch Protonenpumpe
Toxische Nebenprodukte
- Superoxide (O2-) und Peroxide (O22-)
- entstehen durch unvollständige Reaktionen bei der Reduktion von O2 zu Wasser
Antrieb des aktiven Transports durch protonenmotorische Kraft
- so wird gewehrleistet, dass immer ausreichend Phosphat in der Matrix vorhanden ist, damit ATP gebildet werden kann:
- ein ADP3- kommt von innen nach aussen in die Matrix, um dort eine Phosphatgruppe angehängt zu bekommen
- ATP4- wird Austausch gegen ADP3- transportiert (Antiporter)
NADH-Gebrauch
- wird für Komplex I gebraucht
- wird für die Nicotinamidnukleotidtranshydrogenase gebraucht für den Abbau von toxischen O2-Spezies
- daher ist die ständige Versorgung mit NADH sehr wichtig
ATP-Bilanz der Oxidation von Glukose
Pro Molekül Glukose werden etwa 30-32 ATP-Moeleküle hergestellt
ATP-Synthase
- Protonen werden von der P-Seite zur N-Seite transportiert
- gleichzeitig wird die Drehbewegung genutzt, um eine Nähe zwischen 2 Phosphatgruppen zu erzeugen
