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Wodurch unterscheidet sich Elektronentransport von primären elektrogenem Transport?
Einen Transportprozess, der an eine chemische Reaktion gekoppelt ist, nennt man primär. Ein elektrogener Transportprozeß bewirkt eine Ladungsverschiebung über die Membran.
Die reine Übertragung der Elektronen stellt keinen Transport da. Am Ende des Prozesses ist lediglich NADH2 oxidiert und Sauerstoff reduziert worden. Elektrogen ist dieser Vorgang nicht, da kein Menbranpotential aufgebaut wird.
Die Begriffe aktiver und passiver Transport sind veraltet und kaum definierbar, da alle Transportprozesse energetische Aspekte haben und in gewisser Weise "aktiv" sind.
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(2) ?
Wodurch sind Elektronentransportprozesse primärer elektrogener Transport ?
vgl. Frage 1.
Die eigentliche Leistung der Atmungskette ist die Protonenverschiebung über die Membran. Diese erzeugt ein elektrisches Potential über die Membran und ist an chemische Reaktionen gekoppelt. Daher handelt es sich um primären, elektrogenen Transport.
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(3) ?
Wodurch unterscheiden sich vektorielle und skalare Transporte ?
Vektor: Größe mit Betrag und Richtung, Skalar: Betrag ohne Richtung.
Vektorielle Prozesse stellen eine Verschiebung von Molekülen innerhalb eines Systemes bei Beibehaltung der Gesamtanzahl an Molekülen dar. Bei skalaren Prozessen ändert sich die Anzahl der Moleküle im System durch Reaktion oder Zugabe bzw. Entnahme von außen.
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(4) ?
Was ist der Unterschied zwischen Membranpotential und Redoxpotential?
Das Redoxpotential ist ein Maß für die Tendenz von Stoffen, Elektronen abzugeben oder aufzunehmen und bezieht sich auf potentielle chemische Reaktionen.
Das Membranpotential hingegen entsteht durch die räumliche Ungleichverteilung elektrischer Ladungen über die Membran und ist vergleichbar der Aufladung eines elektrischen Kondensators. Die vektoriellen Transportprozesse, die mit Änderungen des Membranpotentials einhergehen, müssen nicht immer an chemische Reaktionen gekoppelt sein.
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(5) ?
Welche funktionellen Gruppen sind an der Elektronenübertragung beteiligt?
Die meisten Elektronen übertragenden Gruppen sind an Proteine gebunden. Nur die Chinone sind frei in der Membran vorliegende Coenzyme.
Die Elektronenübertrage in der Atmungskette sind Flavin-Mono-Nukleotid (FMN), Eisen-Schwefel-Zentren (FeS), Cytochrome und Chinone.
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(6) ?
Was sind prosthetische Gruppen?
Protein + fest gebundenes Coenzym (prosthetische Gruppe) = aktives Enzym. An prosthetischen Gruppen laufen die Reaktionen ab. Da Enzyme aus Reaktionen unverändert hervorgehen, müssen auch die prosthetischen Gruppen Cyclen durchlaufen, aus denen sie unverändert hervorgehen.
Prosthetische Gruppen sind fest an Proteine gebundenene, nicht aus Aminosäuren gebildetete Coenzyme.
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(7) ?
Welche Komponenten der Atmungskette sind reine Elektronenüberträger?
Die FeS-Zentren und die zentralen Eisenatome der Cytochrome sind reine Elektronenüberträger.
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(8) ?
Woraus schließt man, daß es echte Protonenpumpen geben muß?
Es werden bei den meisten Atmungsketten 6 bis 9 Protonen transloziert. Durch den Wechsel von Wasserstoff- und Elektronenüberträgern können jedoch nur 4 tranzloziert werden. Man hat außerdem nachweisen können, dass auch die terminale Oxidase ( Cytochrom aa3), die Elektronen von Cytochrom c erhält, Protonen transloziert.
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(9) ?
Weshalb ist der Begriff "Elektronentransportphosphorylierung" veraltet?
Der Elektronentransport, verbunden mit Protonentranslokation stellt durch den Aufbau des pH-Gradienten und des Membranpotentials das Energiereservoir der Energie zur Verfügung, die bei der ATP-Synthese an der ATPase benötigt wird. Wenn es der Zelle nicht möglich wäre, diese Energie für die ATP-Synthese zu nutzen, würde kein ATP konserviert.
Der Begriff "Elektronentransportposphorylierung" ist veraltetet, da er zwei räumlich getrennte Vorgänge beschreibt, die häufig, aber nicht immer gekoppelt sind. Der Elektronentransport bewirkt nicht unmittelbar eine Phosphorylierung.
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(10) ?
Wodurch wird rückläufiger Elektronentransport möglich?
Die meisten Transportprozesse sind prinzipiell reversibel.
Durch Aufnahme von Protonen kann der Transportprozess prinzipiell umgekehrt werden. Die Spaltung von Wasser in Wasserstoff und Sauerstoff kann jedoch in biologischen Systemen nur durch die Photosynthese geleistet werden.
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(11) ?
Welche Reaktionen macht Sauerstoff in der Atmungskette?
Die Reduktion des Sauerstoffes findet am Cytochromoxidase-Komplex statt, der Kupfer als Spurenelement enthält. Als Reaktionsprodukt entsteht dabei Wasser.
Der Sauerstoff wird in der letzten Redoxreaktion der Kette reduziert.
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(12) ?
Was bewirken Cyanid und Kohlenmonoxid?
Cyanid und Kohlenmonoxid hemmen die Cytochromoxidase und blockieren damit die Elektronentransportkette gewissermaßen vom Ende her.
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(13) ?
Was bewirkt ein Entkoppler?
Entkoppler sind Protonophore, d.h. sie machen die Zellmembran durchlässig für Protonen. Als Folge davon bricht das elektrische Membranpotential zusammen. Die Zelle hat ihren Energiekonservierungsmechanismus verloren und kann keine ATP-Regeneration mehr durchführen. Der aktive Transport von Protonen findet weiterhin (und sogar verstärkt) statt. Auch die ATPase ist prinzipiell funktionsfähig. Die beiden Prozesse sind allerdings "entkoppelt".
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(14) ?
Was sind Vorraussetzungen für chemiosmotische Energiewandlung?
Chemiosmotische Energiewandlung ist der Aufbau eines pH-Gradienten und Transmembranpotentials durch Redoxreaktionen.
Die Möglichkeit, ein Transmembranpotential aufzubauen und ein Transportmechanismus für Protonen sind Vorraussetzung für chemiosomotische Energiewandlung.
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(15) ?
Was bewirkt Valinomycin?
Ein Ionophor ist ein Molekül, daß Ionen über eine Membran transportiert.
Valinomycin ist ein Ionophor, das selektiv Kaliumionen durch die Membran transportiert. Dieser Transport ist sekundär, d.h. er ist nicht an eine chemische Reaktion gebunden.
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(16) ?
Wieviele Protonen enthält das Cytoplasma einer Bakterienzelle?
Geht man von einem pH-Wert von acht (10-8 mol Protonen/l) im Inneren der Zelle und einem Zellvolumen von 10-15 l aus, ergeben sich mit der Avogadrozahl (6.022 * 1023) sechs freie Protonen.
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(17) ?
Wieviele Protonen werden pro konservierten ATP aufgenommen?
Die benötigte Energie für die ATP-Regeneration aus ADP beträgt 50 kJ/mol. Pro transportiertem Proton werden etwa 19 kJ/mol frei. Daraus folgt, daß drei Protonen transportiert werden müssen, um ein ATP zu regenerieren.
Drei.
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(18) ?
Weshalb kann man eine Zelle nicht durch Zugabe von Säure energetisieren?
Durch die Zugabe von Säure ins Außenmedium wird ein hoher pH-Gradient erzeugt. Diesen kann die Zelle jedoch nicht effektiv nutzen, da sie auf die Regulation ihres pH-Wertes im Inneren angewiesen ist. Noch wichtiger ist, dass durch die Aufnahme von skalar zugesetztem H+ das Membranpotential umgekehrt würde, so dass die wichtigste Triebkraft für die ATPase entfiele oder sogar der Prozess umgekehrt würde.