Elektrontransport og oksydativ fosforylering (Del 16.2 forts.) Eksperimentell støtte for kjemisomsotisk hypotese

Transkript

1 Elektrontransport og oksydativ fosforylering (Del 16.2 forts.) Eksperimentell støtte for kjemisomsotisk hypotese Eksperimentell støtte for den kjemiosmotiske hypotese er gitt gjennom forsøk med thylakoidevesikler plassert i buffer ved ph 7.5 og ph 4 før tilsetting av ADP og P (Figure 16-27) som leder til ATP-dannelse.Tilsvarende forsøk er gjort med submitokondrielle vesikler. Selv om bakterier mangler mitokondrier så skjer det en oksydativ forsforylering som i mitokondrier. Figure 16-27

2 Elektrontransport og oksydativ fosforylering (Del 16.2 forts.) ATP-synthase - protonkanal og ATPase En modell av ATP-synthase er vist i Figure og består av F 0 og F 1 oligomere proteinkomponenter. Figure ATP-synthase (F 0 F 1 ATPase kompleks) i bakteriemembranen

3 Elektrontransport og oksydativ fosforylering (Del 16.2 forts.) ATP-synthase - protonkanal og ATPase Detaljer om og spesifisering av de ulike underenheter vil ikke være direkte pensum - medmindre det er av betydning for forståelsen av fuksjonen til ATP-synthase (kfr. Figure 16-30). Figure Detaljer i bindingsmekanismen under ATP-syntesen i F 0 F 1 ATPase komplekset. Sett fra undersiden opp mot F 1 (se Figure 16-28).

4 Elektrontransport og oksydativ fosforylering (Del 16.2 forts.) ATP-synthase - protonkanal og ATPase Mer viktig å se hvordan F 1 virker isolert fra resten av enzymet (ATP hydrolyse) - sett i forhold til den koblete ATP-synthase-funksjonen hvor F 0 og F 1 virker sammen (Figure 16-29). Figure Eksperimentell demo som viser at F 1 -partikler kreves for ATP-syntese, men ikke for elektron-transport.

5 Elektrontransport og oksydativ fosforylering (Del 16.2 forts.) ADP-nivå og styring av mitokondrienes oksydasjon Tilstedeværelse av ADP + Pi er en betingelse for oksydasjon av NADH - kalt respiratorisk kontroll. Også en økning i kons. av cytosolisk Ca 2+ ioner trigger en økning i mitokondriell respirasjon og ATP-dannelse. Utkoblere av oksydativ fosforylering Visse giftstoffer (utkoblere) gjør den indre membranen impermeabel for protoner og kortslutter det membran-elektriske potensialet. 2,4- dinitrofenol er mest kjent - hindrer ATP-syntese. I brunt fettvev finnes mitokondrier med et indre-membran protein som kalles thermogenin og virker som en naturlig utkobler. Virker ved å senke transporthastigheten av protoner over membranen og hindrer oppbyggingen av proton-motive-force. Er viktig ved lav-temperatur-adaptering hos dyr.

6 Fotosyntese og pigmenter (Del 16.3) Thylakoide-membraner Kunnskap om klorofyll (porfyrin, hale, Mg 2+ ), thylakoider, stroma og kloroplast-struktur er fundamentalt (Figure og 16-35). Lys og fotosyntese Tidligere delt mellom lys- og mørkereaksjon. I denne boken skilles i 4 deler; 1. Absorbsjon av lys, 2. Elektrontransport og reduksjon av NADP, 3. Dannelse av ATP og 4. Karbon-fiksering (binding av CO 2 til karbohydrater)

7 Fotosyntese og pigmenter (Del 16.3) Figure 16-34

8 Fotosyntese og pigmenter (Del 16.3) Figure 6-35

9 Fotosyntese og pigmenter (Del 16.3) 1. Absorbsjon av lys dvs. fotoner og energi Lys oppfattes både som bølger og partikler. Energipakker = fotoner. Energien er proporsjonal til frekvensen av lysbølgen. Hvis det relateres til bølgelengden (istedet for frekvens) vil kortere bølgelengder ha mer energi enn lengre. Fotosystemer inneholder pigmenter - klorofyll og karotenoider (Figure 16-36) - lokalisert i antenner og reaksjonsentra. Hver antenne inneholder ett eller flere lys-høstende komplekser (LHC). Figure 16-36

10 Fotosyntese og pigmenter (Del 16.3) 1. Absorbsjon av lys dvs. fotoner og energi Klororofyll A er sentralt i begge fotosystemer Skille mellom absorbsjons- og aksjonspektra hos pigmentene (Figure 16-37). Eksitasjon av klorofyll er viktig. Figure 16-36

11 Fotosyntese og pigmenter (Del 16.3 forts.) Figure Lysabsorbsjon i reaksjonsenteret Den primære lysabsorbsjon i reaksjonsenteret er illustrert i Figure Absorbsjonen av et lyskvant (680nm) gjør at klorofyll a når 1. eksiterte tilstand. Et elektron transporteres fra klorofyll-molekylet til quinon Q - merk forflytning over thylakoide membranen. For overgang mellom ulike eksiterte tilstander vises til forelesninger i BI 110/101. Elektron-vandringen skaper biologiske reduktanter og oksydanter driver de tre øvrige reaksjoner ; e- transport, ATP-syntese og binding av CO 2.

12 Fotosyntese og pigmenter (Del 16.3 forts.) Lys-høstende komplekser og fotosyntesens effektivitet Absorbsjon i klorofyll a av et foton pr sekund i hvert reaksjonsenter er utilstrekkelig til alene å drive hele fotosyntesen. Effektiviteten økes ved bruk av andre lys-absorberende pigmenter. Fotoner kan absorberes av alle pigment-molekyler i hvert LHC (Light-harvesting complex ; Figure 16-38) og overføres til et av de to klorofyll a i reaksjonsenteret. Energi-overføringen fra antenne-pigmenter til reaksjonsenteret skjer ved resonans.

13 Molekylær analyse av fotosyntesen (Del 16.4) Fotoelektron-transport i purpurbakterier Ved eksperimenter med to arter av purpurbakterier er molekylære mekanismer i fotosystemene klarlagte. Lokalisering av alle pigmenter (bakterie-klorofyll a og to andre, bakteriefeofytiner) er vist i 3-D rekonstruksjonen av det fotosyntetiske reaksjonsenteret (Figure 16-40; tre integrale proteiner; L,M og H) i Rhodobacter spheroides.

14 Molekylær analyse av fotosyntesen (Del 16.4) Bakteriefotosyntese - syklisk og ikke-syklisk e-transport Den sykliske e-transporten i purpurbakteriene er vist i Figure Hovedtrekkene bør læres - se figurtekst. Merk at det hverken spaltes H 2 O, dannes O 2 eller dannes NADH. En ikke-syklisk e-transport forekommer også hvor NADH dannes på bekostning av spalting av H 2 S : H 2 S + NAD + --> H + + NADH + S og H 2 + NAD + --> H + + NADH NADH fikserer CO 2 og gir energi til dannelsen av karbohydrater. Figure 16-41

15 Molekylær analyse av fotosyntesen (Del 16.4) Kloroplaster ; to fotosystemer Figure er hovedfiguren som viser hvordan fotosyntesen foregår ikkesyklisk i fotosystemene PSI og PSII. Oppdagelsen av to systemer skyldes R. Emerson som fant at kombinasjon av to bølgelengder gir samlet mer fotosyntese enn hver enkelt gir (Emerson-effekten). Reaksjonsenter-klorofyllene betegnes P 680 (PSII) og P 700 (PSI). Alle detaljer i Figure må læres. Figure 16-42