malat-aspartat-shuttle - Biochemie Trainingscamp

Der Malat-Shuttle

Die innere Mitochondrienmebran ist durchlässig für:
► 1. Pyruvat
► 2. Malat
► 3. Aspartat
► 4. Citrat
Die innere Mitochondrienmembran ist
undurchlässig für:
► 1. Wasserstoffatomen >
► 2. Acetyl- CoA >
► 3. Acyl- CoA >
► 4. Oxalacetat >
► 5. ATP > Adenylat- Translocator

Die innere Mitochondrienmebran ist durchlässig für:
► 1. Pyruvat
► 2. Malat
► 3. Aspartat
► 4. Citrat
Die innere Mitochondrienmembran ist
undurchlässig für:
► 1. Wasserstoffatomen > ( Oxalacetat) Malatshuttle
► 2. Acetyl- CoA > Citratshuttle
► 3. Acyl- CoA > Carnithin-shuttle
► 4. Oxalacetat > (Oxalacetat-) Malat-
Shuttle
► 5. ATP > Adenylat- Translocator

Malat
MALAT-ASPARTAT-SHUTTLE
Malat
x
Zytosol Mito
a

Malat
Oxalacetat
MALAT-ASPARTAT-SHUTTLE
Malat
Oxalacetat
x
Zytosol Mito
a

Malat
dehydro
genase
NADH2
Malat
NAD
Oxalacetat
MALAT-ASPARTAT-SHUTTLE
NAD
Malat
Malatdehydrogenase
NADH2
x
Zytosol Mito
a
Oxalacetat

Malat
dehydro
genase
NADH2
Malat
NAD
Oxalacetat
MALAT-ASPARTAT-SHUTTLE
GOT
NAD
Malat
Oxalacetat
GOT
Malatdehydrogenase
NADH2
Aspartat Aspartat
x
Zytosol Mito
a

Aminosäuren
&
Ketosäuren
Transaminasen:
1.
Glutamat + Oxalacetat
a-Ketoglutarat + Aspartat
GOT = ASAT = Glutamat– Oxalactat– Transaminase
2.
Glutamat + Pyruvat
a-Ketoglutarat + Alanin
GPT = ALAT = GLUTAMAT- PYRUVAT- TRANSAMINASE

Malat
dehydro
genase
NADH2
Malat
NAD
Oxalacetat
MALAT-ASPARTAT-SHUTTLE
Glutamat
GOT
Glutamat
NAD
Malat
Oxalacetat
GOT
Malatdehydrogenase
NADH2
a-Ketoglutarat
x
Aspartat Aspartat a-Ketoglutarat
Zytosol Mito
a

Glycerin-3-P-Shuttle

Glycerin-3-P
Beachte Beziehung
zur Glykolyse!
Dihydroxy
aceton-P
Glycerin-3-P
a
Dihydroxy
aceton-P
MALAT-ASPARTAT-SHUTTLE
x
Zytosol Mito

KOHLENHYDRATE
Mg 2+
Hexokinase
Glucose Glucose-6-P
Kostet 1ATP
ENDOPLASM.-RETIC.
Phospho
Hexo
isomerase
Fructose-1.6-Bisphosphat
Glycerinaldehyd-3-P Dihydroxyaceton-P
ALDOLASE
(Aldose)
(Ketose)
3-Phospho
Glycerinaldehyd
dehydrogenase
Substratketten
phosphorylierung
1,3-Bisphosphoglycerat
ADP
ATP
3-Phospho
glyceratkinase
3-Phosohoglycerinsäure
Mohammed Jaber
Phospho
glycratmutase 2-Phospho
glycerinsäure
Enolase
Fructose-6-P
H2O geht ab
ATP
ADP
Pyruvat
Pyruvatkinase
Phosphoenolpyruvat

NAD
NADH2
Glycerin-3-P Glycerin-3-P
2H
Dihydroxy
aceton-P
a
Dihydroxy
aceton-P
MALAT-ASPARTAT-SHUTTLE
x
Zytosol Mito
2H
FAD
FADH2

NAD
NADH2
Glycerin-3-P Glycerin-3-P
Dihydroxy
aceton-P
a-Glycerophosphat
dehydrogenase
a-Glycerophosphat
dehydrogenase
2H 2H
a
Dihydroxy
aceton-P
MALAT-ASPARTAT-SHUTTLE
x
Zytosol Mito
FAD
FADH2

Malat
dehydro
genase
NADH2
NAD
NADH2
Malat
NAD
Oxalacetat
Glycerin-3-P Glycerin-3-P
Dihydroxy
aceton-P
MALAT-ASPARTAT-SHUTTLE
Glutamat
GOT
a-Glycerophosphat
dehydrogenase
a-Glycerophosphat
dehydrogenase
2H 2H
a
Dihydroxy
aceton-P
Glutamat
NAD
Malat
Oxalacetat
GOT
Malatdehydrogenase
NADH2
a-Ketoglutarat
x
Aspartat Aspartat a-Ketoglutarat
Zytosol Mito
FAD
FADH2

Atmungskette
Was ist falsch?
a) In den Mitochondrien findet die Oxidation des
Substratwasserstoffs zu H2O statt
b) Am Wasserstoff-bzw. Elektronentransport in der Atmungskette
ist das FAD beteiligt
c) Die innere Mito.-Membran ist für Malat durchlässig
d) Der Glycerin-3-P-Shuttle gibt die Reduktionsäquivalente von
NADH2 an den Komplex I
e) Die Selbstregulation der Atmungskette (Atmungskontrolle)
erfolgt durch den ATP/ADP-Quotienten

Atmungskette
Was ist falsch?
a) In den Mitochondrien findet die Oxidation des
Substratwasserstoffs zu H2O statt
b) Am Wasserstoff-bzw. Elektronentransport in der Atmungskette
ist das FAD beteiligt
c) Die innere Mito.-Membran ist für Malat durchlässig
d) Der Glycerin-3-P-Shuttle gibt die Reduktionsäquivalente von
NADH2 an den Komplex I
e) Die Selbstregulation der Atmungskette (Atmungskontrolle)
erfolgt durch den ATP/ADP-Quotienten
d)

Die Atmungskette

Atmungskette
Isoliert man ein Mitochondrium und stellt ihm die notwendigen
Substrate zu Verfügung, so ist es durchaus imstande, über die
Atmungskette Energie bereit zustellen um so
ATP aus ADP zu bilden.
Das Zauberwort: OXIDATIVE PHOSPHORYLIERUNG
Der Elektronenfluß vom Substrat zum Sauerstoff unter
ATP-Bildung.
- Die Atmungskette läuft in der inneren Mitochondrienmembran ab.
- Im Durchschnitt besitzt eine eukaryontische Zelle 2000 Mitochondrien.

Atmungskette
Die oxidative Phosphorylierung nutzt die Energie, die bei der
Übertragung von Protonen und Elektronen zwischen den
Redoxsystemen der Atmungskette entsteht.
NADH2
FADH2
Atmungskette
ENERGIE
ATP
Der Elektronenfluß vom
Substrat zum Sauerstoff
unter ATP-Bildung.
Diese Energie treibt außerdem noch eine Protonenpumpe
an,
die dann Hs aus dem Matrixraum des Mitochondriums in den
Zwischenraum der inneren und der äußeren Membran pumpt.

Atmungskette
Die Hs werden schrittweise übertragen
(Oxidation = Elektronenabgabe) auf
die einzelnen mitochondrialen Multienzymkomplexe der
Atumungskette.
Zuletzt werden sie auf Sauerstoff übertragen.
Bei diesem gesamten Ablauf wird Energie frei.
H2 + ½ 02 H2O
Stark exergone Knallgasreaktion!
“Ganz einfach: H geht zum O und gibt Energie ab…“

Atmungskette
Energie kann weder erzeugt noch vernichtet werden.
Sie kann lediglich von einer Form in die andere Überführt werden.

Atmungskette
H2 + ½ 02 H2O
Dies ist eine stark exergone Knallgasreaktion, bei der Energie frei
wird.
57 kcal/Mol.
Damit das Mito bei dieser Reaktion net auseinanderfliecht,
hat es sich 4 kleine Helfer zugelegt…
Die Multienzymkomplexe I-IV,
deren Aufgabe es ist, die freiwerdende Energie schrittweise
abzugeben.

Atmungskette
Welche Aussage über die Atmungskette und oxidativer
Phosphorylierung ist falsch?
a) Eine oxidative Phosphorylierung ist nur an intakten
Membranvesikel möglich.
b) Bei der Oxidation von einem Molekül NADH wird ein Elektron
auf ein Atmungskettenenzym übertragen.
c) Mit dem Elektronenentransport in der Atmungskette ist die
Entstehung eines Protonengradienten an der inneren Mito.-
Membran gekoppelt.
d) Elektronen werden von Redoxpaaren mit negativem Potential
auf Redoxpaare mit positiverem potential übertragen.
e) Das Elek. Transportierende System besteht aus
wasserunlöslichen Komplexen, aus Ubichinon und Cyt. C.

Atmungskette
Welche Aussage über die Atmungskette und oxidativer
Phosphorylierung ist falsch?
a) Eine oxidative Phosphorylierung ist nur an intakten
Membranvesikel möglich.
b) Bei der Oxidation von einem Molekül NADH wird ein Elektron
auf ein Atmungskettenenzym übertragen.
c) Mit dem Elektronenentransport in der Atmungskette ist die
Entstehung eines Protonengradienten an der inneren Mito.-
Membran gekoppelt.
d) Elektronen werden von Redoxpaaren mit negativem Potential
auf Redoxpaare mit positiverem potential übertragen.
e) Das Elek. Transportierende System besteht aus
wasserunlöslichen Komplexen, aus Ubichinon und Cyt. C.
b

Atmungskette
- Als erstes braucht die Atmungskette Hs, die geliefert werden von
NAD bzw. FAD.
- Komplex I oxidieren seinerseits diese Substrate

Atmungskette
-
FMN
2H+2e-
FMNH2+2e
- I
Ubichinon
Ubihydrochinon
NADH2
NAD

Atmungskette
- Als erstes braucht die Atmungskette Hs, die geliefert werden von
NAD bzw. FAD.
- Komplex I oxidieren seinerseits diese Substrate
und überträgt die Hs weiter auf das Ubichinon.

Atmungskette
2H
FMN
FMNH2+2e
-
2H+2e-
Ubichinon
Ubihydrochinon
+2e-
Cytochrom b+c
I
III
NADH2
NAD

Atmungskette
- Als erstes braucht die Atmungskette Hs, die geliefert werden von
NAD bzw. FAD.
- Komplex I oxidieren seinerseits diese Substrate
und überträgt die Hs weiter auf das Ubichinon…Übertragung
der Hs auf O2
- Komplex III reoxidiert das Ubihydrochinon-
-
ab jetzt werden nur noch e und keine Hs mehr
übertragen
- III überträgt seine e auf Cytochrom c

Atmungskette
2H
FMN
FMNH2+2e-
2H+2e-
Ubichinon
Ubihydrochinon
+2e-
Cytochrom b+c
+2e-
Cytochrom C+2e-
III
I
NADH2
NAD
2H

Atmungskette
- Als erstes braucht die Atmungskette Hs, die geliefert werden von
NAD bzw. FAD.
- Diese oxidieren ihrerseits Komplex I…
Komplex I reduziert die Hs weiter auf das
Ubichinon…Übertragung der Hs auf O2
- Komplex III reoxidiert das Ubihydrochinonab
jetzt werden nur noch e und keine Hs übertragen
- III überträgt seine e auf Cytochrom c, das durch IV oxidiert
wird.

Atmungskette
2H
FMN
FMNH2+2e-
2H+2e-
Ubichinon
Ubihydrochinon
+2e-
Cytochrom b+c
+2e-
Cytochrom C+2e-
III
I
NADH2
NAD
Cytochrom a1+a3
2H
IV
½ O
+2e- 2-
O
H2O

Atmungskette
Die Succinatdehydrogenase, die im Citratcyklus das Succinat
zum Fumarat dehydrirert,
ist zur gleichen Zeit Bestandteil des Komplex II.
Die Hs, die auf dieser Höhe der Atmungskette eingeschleust
werden, liefern nur 2ATP!!
Das liegt daran, daß das FADH2 ein nicht so negatives
Redoxpotential hat wie das NADH2
(und nicht weil es erst bei II anfängt!!!).

Atmungskette
Redoxpotential:
…als Maß für die Oxidations-bzw. Reduktionskraft eines
Redoxsystems.
Es ist Proportional der freien Energie in einem System.
Die Elektronen fließen vom Redoxsystem mit negativerem
Potential zu dem mit positiveren Potential.
Das Redoxsystem mit negativerem Potential wird oxidiert, das mit
dem positiveren reduziert.

Atmungskette
2H
FMN
FMNH2+2e
-
2H+2e-
Ubichinon
Ubihydrochinon
+2e-
Cytochrom b+c
+2e-
Cytochrom C+2e-
2H + 2e-
III
I
NADH2
NAD
Cytochrom a1+a3
IV
2H
FADH2
FAD
H2
½ O
+2e- 2-
O
Succinat
Fumarat
H2O
Citratcyklus
Succinat
dehydrogenase
II

Atmungskette
Kommen wir nun zum Wesentlichen…der Energie
ZUR ATP-SYNTHESE!!!

Atmungskette
C-Raum
äußere
Mito.-Membran
1 ATP
1 ATP
1 ATP
I 2H+2e
Ubichinon
2H+2e
NADH2
Ubichhydrochinon
Oxidation
Ubichinon
innere
Mito.-Membran
Oxidation
NAD
III 2e
Cytochrom
Cytochrom
II 2H+2e
Oxidation
IV
FADH2
FAD

Atmungskette
1 ATP – bei Oxidation von NAD(P)H2 durch Komplex I
1 ATP – bei Oxidation des Ubihydrochinon durch Komplex III
1 ATP – bei Oxidation des Cytochrom c durch Komplex IV
3 ATP
Ausgehend von FADH2, sind es nur 2 ATP!!! (Redoxpotential!)

Atmungskette
Die oxidative Phosphorylierung nutzt die *Energie, die bei der
Übertragung von Protonen und Elektronen zwischen den
Redoxsystemen der Atmungskette entsteht.
NADH2
FADH2
Atmungskette
Diese *Energie treibt außerdem noch eine
Protonenpumpe an,
ENERGIE
Der Elektronenfluß vom
Substrat zum Sauerstoff
unter ATP-Bildung.
die dann Hs aus dem Matrixraum des Mitochondriums, in den
Zwischenraum der inneren und der äußeren Membran pumpt.
ATP

Atmungskette
Das heißt letzendlich, daß die Energie des Elektronentransport
zusätzlich von einem Protonenfluß durch die innere Mito-Membran
aus der Matrix, in den Intramembranraum begleitet wird.

Atmungskette
Warum wird diese Wasserstoffkonzentration
überhaupt aufgebaut??
Wozu dieser elektrochemische Gradient??

Atmungskette
Die Mengenmäßig wichtigere Möglichkeit ATP zu synthetisieren ist
über die ATP-Synthase(!) (Komplex V).
Als integraler Proteinkomplex der inneren Mito.-Membran, fließen
die Hs aus dem C-Raum, wo die H-Konzentration ja hoch ist,
durch den Komplex V
(da ja die Mito-Membran nicht durchlässig ist für die Protonen).

Atmungskette
Die mengenmäßig wichtigere Möglichkeit ATP zu synthetisieren ist
über die ATP-Synthase(!) (Komplex V).
Als integraler Proteinkomplex der inneren Mito.-Membran, fließen
die Hs aus dem C-Raum, wo die H-Konzentration ja hoch ist,
durch den Komplex V.
Diese Protein besteht aus 2 Untereinheiten.
P0 und P1.
P0 als der H-durchlässige Kanal.
Erreichen die Hs nach der P0 die P1-Untereinheit, so kommt es zu
einer Konformationsänderung innerhalb dieser.
Dies ermöglicht letzendlich die ATP-Synthese=ENERGIE!!!

Atmungskette
Dieser elektrochemischer Konzentrationsgradient dient außerdem
dem Antrieb des
-P/H-Symport
-ADP/ATP-Antiporter

Atmungskette
Die Konzentration an ADP limitiert die ATP-Synthese.

Atmungskette
Die Konzentration an ADP limitiert die ATP-Synthese.
d.h. : ADP ATP-Synthese
Das Selbe gilt für das NADH2!
NADH2 ATP-Synthese

Atmungskette
Und wie wird die Atmumgskette gehemmt??

Atmungskette
Es gibt hemmende Stoffe, die die Komplexe I-IV angreifen, und
solche, die den Komplex V hemmen.
Was bedeutet das für den Sauerstoff??

Atmungskette
Abhängig vom Angriffsort wird der O2-Verbrauch an sich
gehemmt oder die ATP-Bildung.
Hemmung Komplexe I-IV O2-Verbrauch
Hemmung Komplex V ATP-Bildung