Rotationsmotoren (F0F1 - ATPase) Flashcards
Was ist den chemiosmotischen Prinzip? und wie wird es für die ATP-Synthese benutzt?
–> durch Zellatmung oder Photosynthese erzeugte pmf ( proton motive force) wird zur ATP-Synthese verwendet. –> dif . Go ATP–>ADP= -30 kJ mol-1 . ,( Gibbsche freie Energy von ATP)
Struktur von FoF1- ATPase? - welche Strukturen sind zu finden - Aufgaben der Strukturen
- Die ATP-Synthase besteht aus 20 Untereinheiten und 8 verschiedenen Proteinen - über den Membranteil (Fo-Teil) läuft der Protonenfluß, der Kopfteil ( F1-Teil) sorgt für die ATP-Synthese (a3b3gde, Pilzstruktur, „Motorblock“) - Der Protonenfluß durch Fo führt zur Rotation der zentralen Achse (gUntereinheit) relativ zu den hexagonalen Untereinheiten ( ab)3, die besitzt 6 Nukeotidbindungsstellen, von denen aber nur 3 in den bUntereinheiten katalytisch aktiv sind - ATP Synthese findet an den β – Subunits statt - ATPase kann entweder als Protonenpumpe oder Protonen induzierte ATP Synthese Einheit arbeiten à komplett reversibel
Wie funktioniert die Rotationsbewegung bei der FoF1- ATPase?
Durch die Rotation von g um 120o nimmt jede b-Untereinheit eine unterschiedliche Konformation ein (Boyer 1976): im loose (L) Zustand erfolgt die Bindung, im tight-Zustand (T) die ATP-Synthase, im openZustand (o) die Freisetzung. - Es werden 3 ATP pro Umlauf synthetisiert.
Wie viele Protonen werden pro Umdrehung bei der Chloroplasten-und welche bei der mitochondrialer ATPase gebraucht?
- In der Chloroplasten-ATPase mit 12 c-Untereinheiten werden 12 H+ pro Umdrehung verbraucht, d.h. 4 H+/ATP. - In der mitochondrialen ATPase mit 10 c-Untereinheiten werden also 10/3 H+/ATP verbraucht.
Was bewirkt die mechanische Kopplung in der ATPase?
Die umlaufende Drehbewegung der g-Untereinheit bewirkt die mechanische Kopplung zwischen H+-Fluß und ATP-Synthese.
Was ist die Statische und dynamische Betrachtung von Protonen (H+)?
Statisch: eine geringere Protonenmenge bei einem alkalisches Medium kann keine ATPase treiben. Dynamisch: wenn aber 10^4 gepufferte Protonen dazu hinzugefügt werden ( Von Proteinen und Lipiden, alle 100 mikrosekunden) => “Flicker Prozess” ), dann ändert sich den pH.
Wie wird das Drehmoment aufgebaut? Wie heisst
–> Auf kosten der pmf D = r x sin (alpha) x F - Jede c-UE trägt eine saure AA ( Glu, Asp) - a UE mit 5 transmembranen helices = definiert ein ein/austrittstellen für Protonen in die Membran.
–> Rotationsdiffusion des Ringes aus cUntereinheiten relativ zur a-Untereinheit aus. Solange die mit a in Kontakt stehende saure Gruppe (Asp) von c unprotoniert ist, beschränkt sich die Bewegung auf eine reine Braunsche Hin- und Her-Bewegung in einem engen Winkelbereich. Der Austritt der negativen Gruppe in den Lipidbereich ist elektrostatisch verboten. Erst die Protonierung führt zu einer Nettorotation, die elektrostatisch erlaubt ist. - Protonengradient (pH Wert Gradient) bestimmt die Drehrichtung
Was ist der Proton Well Hypothese?
Nutzt die elektrische Spannung in der Membran als Triebkraft. Es ist eine Erweiterungs der Rotationsdiffusionsmodell. —> Die über die halbe Membrandicke wird die abfallende Spannung in eine entsprechende lokale pH-Differenz umgewandelt. = Erhöhung der pmf durch: 1. lokale Ansäuerung der + Seite. 2. Alkalisierung der - Seite.
Welche Beobachtung kann der Proton Well Hypothese erklären?
- ATPase können durch Protonen oder Na+ Ionen getrieben werden.
- zwischen den C-Rand und dem a- Stator wird ein Drehmoment aufgebaut.
- die “Übersetzung” des motors wird durch die Anzahl von c-UE bestimmt.
- Die Motoren bleiben ohne treibende Kraft sofort stehen.
Beschreiben Sie den Experiment zur Visualisierung der F1 Rotation?
- Die γ - Untereinheiten der ATPase wurde mit einer 1-4 µm langen fluoreszenzmarkiertem Aktinfilament verbunden
- die isolierte F1 Untereinheit auf eine Glasoberfläche „geklebt“. (Biotin-Tag)
- Nach Zugabe von ATP in verschiedenen Konzentrationen wurden Rotationen des Aktinfilamentes gemessen.
- Die Drehung erfolgte von F0 aus betrachtet immer gegen den Uhrzeigersinn (counter clock wise). Die Drehung erfolgt gegen die hydrodynamische Reibung.
- Der Motor baut ein Drehmoment auf unabhängig von Belastung ATP-Konzentration und Rotationswinkel auf.
- –> Bei niedriger ATP Konzentration erfolgt die Bewegung sichtbar schrittweise, weil der limitierende Faktor die ATP-Bindung ist.
Wie funktioniert die F1-Rotation bei geringere ATP Konzentration bei thermophilic bacteria und E. coli?
in zwei Substeps:
- “ATP waiting dwell” : rotation in 80° , ATP bindet hier!
- “Catalytic dwell” : roatation in 40° in 3 Reaktionen:
- Spaltung von Mg-ATP –> Mg-ADP + Pi –>
- Freisetzung von Mg-ADP –>
- Freisetzung von Pi => TREIBT 40° DREHUNG AN!!
Schritte der FoF1 ATPase Rotation.
- H+ Protonnen fließen dem elektrochemischen Membranpotenzial folgend in den Zutritts-Kanal eines membranständigen Stators, der mit einem membran-ständiger Rotor verbuden ist.
- H+ Ionen protonieren Bindugsstellen am Rotor. Dabei verändert sich die Ladung der inzelnen Rotountereinheiten. Die thermisch bedingte Hin- und Herbewegung des Rotors in der Membranebene führt dann mit dem entsprechenden elektrostatischen Wechselwirkungen zwischen AA-Seitenketten mit den UE des Stators dazu, dass sich der Rotor nur in eine Richtung dreht.
- Jedes H+ muss einen kompletten umlauf mitmachen, bevor es den Rotor verlassen kann und durch einen Austrittsanal ( wharscheinlich zwischen Rotor und Stator) in den Matrixraum des Mitochondriums übertritt.
- Mit dem membranständigen Rotor ist eine weitere UE der STP-Synthase verbinden, die sich als “Nockenwelle” ( Gamma UE- Kopplung fo mit f1) mitdreht und in den Kopfteil des Enzyms ragt, der pber weitere UE mit dem membranständigen Stator verbunden ist.
- Die Drehung der “Nockwelle” öffnet und schließt nacheinander die drei katalytischen Zentren im Kopfteil, in denen sich spontan ATP in einer Kondensationsreaktion aus ADP und Pi bildet. Dieses ist zunäcgst noch gebunden und wird dann abhängig von der Winkelposition der “Nockenwelle! freigesetzt.
Wie ist den flagellar Motor aufgebaut? und wie funktioniert die Rotation?
Wie funktioniert die proton transport coupled rotation bei den bakteriellen Flagellen?
Was ist die Bilanz der ATP-Synthese?
