Mitochondriale Elektronentransportkette (Atmungskette)

Mitochondriale Elektronentransportkette (Atmungskette)

Komplex I und II übetragen Elektronen auf Coenzym Q (Ubichinon)

Gekoppelte Elektronen-Protonen Transfer Reaktionen

Oxidationsstufen von Chinonen

Coenzym Q Ubichinon (oxidiert)

Coenzym Q Ubichinon (reduziert)

Seminchinon Zwischenprodukt

Struktur des Cytochrom bc1- Komplex (Komplex III)

Struktur der Cytochrom c - Oxidase

Chemiosmotische Hypothese

ATP-Synthase (F1F0-ATPase)

Nobelpreis für Chemie 1997 J. Walker, P. Boyer

Struktur des ATPase F1-Komplexes

Abrahams et al., Nature 1994

α3β3 Hexamer

Konformationsänderung der β-Untereinheit führt zu ATP - Freisetzung

Bindungswechsel-Mechanismus der ATP Synthase

ATP-Synthase (F1F0-ATPase)

3 ATP pro 360º ↔ 10 Protonen

3,33 Protonen pro ATP

Abb. aus Stryer (5th Ed.)

Der kleinste Motor der Welt

Abb. aus Stryer (5th Ed.)

ATP Ausbeute bei vollständiger Oxidation von Glucose

Glykolyse ATP

Phosphorylierung der Glucose - 1

Phosphorylierung von Fructose-6-phosphat - 1

Dephosphorylierung von 2 Molekülen 1,3-BPG + 2

Dephosphorylierung von 2 Molekülen PEP + 2

Bildung von 2 NADH (Oxidation von 2 Molekülen Glycerinaldehyd-3-phosphat)

Umwandlung von Pyruvat in Acteyl-CoA (Bildung von 2 NADH)

Citratzyklus

Bildung von 2 GTP aus 2 Succinyl-CoA + 2

Bildung von 6 NADH

Bildung von 2 FADH2

Oxidative Phosphorylierung

2 NADH der Glykolyse liefern jeweils 1,5 ATP (da NADH Transport über Glycerin-3-phosphat Shuttle)

+ 3

2 NADH aus der oxidativen Decarboxylierung des Pyruvat liefern jeweils 2,5 ATP + 5

2 FADH2 aus dem Citratzyklus liefern jeweils 1,5 ATP + 3

6 NADH aus dem Citratzylkus liefern jeweils 2,5 ATP + 15

Nettoausbeute pro Glucose + 30

Regulierte Entkopplung: Thermogenese

UCP: Uncoupling

protein

Hemmung der Atmungskette

Abb. aus Stryer (5th Ed.)

Elektronentransfer von cytosolischen NADH: Malat-Aspartat Shuttle

Abb. aus Stryer (5th Ed.)

Elektronentransfer von cytosolischen NADH: Glycerin-3-phosphat Shuttle

Abb. aus Stryer (5th Ed.)

Photosynthese

•  Pflanzen •  nied. Eukaryoten

(Rotalgen) •  Prokaryoten

(Cyanobakterien)

Cyanobakterium Anabaena

Abb. aus Stryer (5th Ed.)

Chloroplasten

Abb. aus Stryer (5th Ed.)

Photosynthese

CO2 + H2O → (CH2O) + O2 Licht

Lichtreaktion: 2 H2O → O2 + 4 H+ + 4 e- Licht

Dunkelreaktion: 4 H+ + 4 e- + CO2 → (CH2O) + H2O

Abb. aus Stryer (5th Ed.)

Die Lichtreaktion

Abb. aus Stryer (5th Ed.)

Lichtabsorption

Abb. aus Stryer (5th Ed.)

Lichtabsorption

Grundzustand Angeregter Zustand

Licht

Abb. aus Stryer (5th Ed.)

Lichtinduzierte Ladungstrennung

Abb. aus Stryer (5th Ed.)

Photosynthetische Reaktionszentrum von Rhodopseudomonas viridis

R. Huber J. Deisenhofer H. Michel

Nobelpreis für Chemie, 1988

Abb. aus Stryer (5th Ed.)

Abb. aus Stryer (5th Ed.)

O2-bildende Photosynthese

Plastocyanin

Ferredoxin

Fd-NADP- Reduktase

Abb. aus Stryer (5th Ed.)

Photosystem II

2 Q + 2 H2O → O2 + 2 QH2

Q : Plastochinon

Licht

Abb. aus Stryer (5th Ed.)

Plastochinon (oxidierte Form, Q)

Plastochinol (reduzierte Form, QH2)

Abb. aus Stryer (5th Ed.)

Elektronenfluß im Photosystem II

Abb. aus Stryer (5th Ed.)

Warum Mangan ?

Abb. aus Stryer (5th Ed.)

4 Photonen werden für die Erzeugung von 1 O2 benötigt

Abb. aus Stryer (5th Ed.)

Photosystem II erzeugt einen Protonengradienten

an der Thylakoidmembran

Abb. aus Stryer (5th Ed.)

Der Cytochrom bf Komplex verbindet Photosystem I und II

Abb. aus Stryer (5th Ed.)

Plastocyanin transportiert Elektronen vom

Cytochrom bf Komplex zum Photosystem I

Abb. aus Stryer (5th Ed.)

Photosystem I

Abb. aus Stryer (5th Ed.)

Elektronenfluß im Photosystem I

Abb. aus Stryer (5th Ed.)

Ferredoxin transportiert Elektronen vom Photosystem I

zur Ferredoxin-NADP+ -

Reduktase

Abb. aus Stryer (5th Ed.)

Z-Schema der Photosynthese

Abb. aus Stryer (5th Ed.)

Jagendorf‘s Experiment

(1966)

Protonengradient dient der ATP-Synthese

Abb. aus Stryer (5th Ed.)

Absorption von 8 – 10 Photonen führt zur Bildung von O2 + 2 NADPH + 3 ATP

Abb. aus Stryer (5th Ed.)

Vergleich von

Photosynthese und

Oxidativer Phosphorylierung

Abb. aus Stryer (5th Ed.)

Lichtsammelkomplexe (LHC)

Abb. aus Stryer (5th Ed.)

LHCs enthalten Chlorophyll b und Carotinoide

Abb. aus Stryer (5th Ed.)

Energietransfer vom LHC zum Photosystem

Abb. aus Stryer (5th Ed.)

Phycobilisomen (Cyanobakterien und Rotalgen)

APC

PE: Phycoerythrin PC: Phycocyanin APC: Allophycocyanin

Abb. aus Stryer (5th Ed.)

Chromophore der Phycobiliproteine: Phycocyanin und Phycoerythrin

Abb. aus Stryer (5th Ed.)

Die Struktur der Phycobiliproteine ähnelt den Globinen

APC Monomer (α) APC Trimer (α3β3)

Abb. aus Stryer (5th Ed.)

Baktierielle Photosynthese