Fysische Chemie
Thema 1: Elektrochemie
Hoorcollege 1 & 2 Oxidatieve fosforylering – Hoofdstuk 20 Stryer
In de ademhalingsketen of elektronentransportketen vindt er overdracht van elektronen plaats van NADH
en FADH2 naar zuurstof O2. De protongradiënt is belangrijk.
De elektronentransportketen en ATP-synthese vinden plaats in de mitochondriën, namelijk in de binnenste
mitochondriële membraan.
Tussen de twee membranen in de mitochondriën zit de matrix en vanuit de buitenste mitochondriële
membraan kom je in het cytosol van de cel.
Protonen worden vanuit de matrix over de binnenste mitochondriële membraan gepompt naar de
intermembrane ruimte.
Bij oxidateve fosforylering worden NADH en FADH 2 geoxideerd en de vrije elektronen komen uiteindelijk
terecht bij zuurstof via de keten. De elektron-transfer potentaal van de elektronendragers wordt omgezet
in de fosforyl-transfer potentaal van ATP (ATP-synthese). Het principe van redox en elektronenpotentaal
is hier belangrijk bij.
Redoxreactes
De elektrochemie houdt zich bezig met processen waarbij overdracht van elektronen plaatsvindt van de
oxidator naar de reductor.
Oxidator + n*e Reductor
Oxidator: neemt elektronen op
Reductor: staat elektronen af
De oxidator en reductor same vormen een redoxkoppel: bijv. Zn2+ en Zn
o De halfreactes van oxidator naar reductor en terug komen op zichzelf niet vaak voor
o Halfreacte ox naar red en (een andere) red naar ox komen samen voor
o Bij de totaalreacte van 2 halfreacte moet de elektronenbalans gelijk zijn
o Ox red = reducte
o Red ox = oxidate
Elektrochemische cellen
Er wordt een redoxpotentaal gemeten van een redoxkoppel door deze in een elektrochemische cel te
plaatsen onder standaardcondites: 1M, pH = 7, 298K, 1 atm
Referentie = 2 H+ + 2e H2. De redoxpotentiiil vin H+:H2 behoort dus 0 Volt te zijn.
V/E0 is dus ten opzichte van H+/H2
Tussen de oplossing met H2 en het andere redoxkoppel met daartussen een agar brug wordt een voltmeter
gezet en de stroom wordt gemeten. Dit is de redoxpotentaal: E0
Als E0 is negatef (V negatef): geoxideerde vorm heef een kleinere afniteit voor e- dan voor H+
elektronen worden afgegeven
Als E0 is positef (V positef): geoxideerde vorm heef een hogere afniteit voor e- dan voor H+
elektronen worden opgenomen
1
, De elektronenpotentaal is hoe griig deeltjes elektronen willen ifgeven. Hoe meer negitief, hoe
groter de afgife van elektronen door het deeltje.
G0 = – nFE0
G0 = beschikbare energie, Gibbs vrije energie onder standaardomstandigheden
n = aantal e-
F = constante van Faraday = 96,48 x 103 C/mol = 96,48 kJ/mol V
E0 = verschil tussen de redoxpotentalen: Eacceptor + – Edonor
Wanneer je een reacte van red ox laat verlopen, wordt een negateve elektronenpotentaal positef.
Reactes met NADH/FADH2:
O2 = sterke oxidator
NADH/FADH2 = sterke reductor
Hoe sterker de oxidator, hoe zwakker de bijbehorende reductor.
De elektronenpotentaal van O2/H2O is positef: 0.82 V. Door koppeling van de reducerende reacte aan
NADH of FADH2 wordt de elektronenpotentaal nog sterker positef: elektronen die worden vrijgemaakt uit
NADH/FADH2 worden overgedragen en opgenomen door zuurstof.
NADH heef HH+ en 2e- meer dan NADH+
FADH2 heef 2 HH+ en 2e- meer dan FAD
Er kan met bovenstaande formule voor G0 berekend worden hoeveel energie er vrijkomt:
G0 = Gox H+ Gred
De Gibbs vrije energieën van beide halfreactes worden opgeteld. Als G0 < 0 er komt energie vrij. Deze
energie kan gebruikt worden om reactes die eigenlijk niet verlopen (dus G0 > 0) te laten lopen.
De drijvende kracht van de oxidateve fosforylering is de elektron-transfer potentaal van NADH/FADH 2:
nl. een zeer negateve elektronenpotentaal t.o.v. O2
Via NADH en FADH2 wordt uiteindelijk ATP gemaakt via koppeling van oxidate aan
Elektronentransportketen
Tussen overdracht van elektronen van de elektronendragers NADH/FADH 2 naar O2 zijn er verschillende
elektronendragers waarin steeds redoxreactes plaatsvinden om de elektronen door te geven.
De elektronentransportketen bestaat in totaal uit 4 complexen, genummerd I-IV.
IM = inner membrane; OM = outer membrane
Dit zijn de 4 complexen met als 5e component de ATP-ase:
2
Thema 1: Elektrochemie
Hoorcollege 1 & 2 Oxidatieve fosforylering – Hoofdstuk 20 Stryer
In de ademhalingsketen of elektronentransportketen vindt er overdracht van elektronen plaats van NADH
en FADH2 naar zuurstof O2. De protongradiënt is belangrijk.
De elektronentransportketen en ATP-synthese vinden plaats in de mitochondriën, namelijk in de binnenste
mitochondriële membraan.
Tussen de twee membranen in de mitochondriën zit de matrix en vanuit de buitenste mitochondriële
membraan kom je in het cytosol van de cel.
Protonen worden vanuit de matrix over de binnenste mitochondriële membraan gepompt naar de
intermembrane ruimte.
Bij oxidateve fosforylering worden NADH en FADH 2 geoxideerd en de vrije elektronen komen uiteindelijk
terecht bij zuurstof via de keten. De elektron-transfer potentaal van de elektronendragers wordt omgezet
in de fosforyl-transfer potentaal van ATP (ATP-synthese). Het principe van redox en elektronenpotentaal
is hier belangrijk bij.
Redoxreactes
De elektrochemie houdt zich bezig met processen waarbij overdracht van elektronen plaatsvindt van de
oxidator naar de reductor.
Oxidator + n*e Reductor
Oxidator: neemt elektronen op
Reductor: staat elektronen af
De oxidator en reductor same vormen een redoxkoppel: bijv. Zn2+ en Zn
o De halfreactes van oxidator naar reductor en terug komen op zichzelf niet vaak voor
o Halfreacte ox naar red en (een andere) red naar ox komen samen voor
o Bij de totaalreacte van 2 halfreacte moet de elektronenbalans gelijk zijn
o Ox red = reducte
o Red ox = oxidate
Elektrochemische cellen
Er wordt een redoxpotentaal gemeten van een redoxkoppel door deze in een elektrochemische cel te
plaatsen onder standaardcondites: 1M, pH = 7, 298K, 1 atm
Referentie = 2 H+ + 2e H2. De redoxpotentiiil vin H+:H2 behoort dus 0 Volt te zijn.
V/E0 is dus ten opzichte van H+/H2
Tussen de oplossing met H2 en het andere redoxkoppel met daartussen een agar brug wordt een voltmeter
gezet en de stroom wordt gemeten. Dit is de redoxpotentaal: E0
Als E0 is negatef (V negatef): geoxideerde vorm heef een kleinere afniteit voor e- dan voor H+
elektronen worden afgegeven
Als E0 is positef (V positef): geoxideerde vorm heef een hogere afniteit voor e- dan voor H+
elektronen worden opgenomen
1
, De elektronenpotentaal is hoe griig deeltjes elektronen willen ifgeven. Hoe meer negitief, hoe
groter de afgife van elektronen door het deeltje.
G0 = – nFE0
G0 = beschikbare energie, Gibbs vrije energie onder standaardomstandigheden
n = aantal e-
F = constante van Faraday = 96,48 x 103 C/mol = 96,48 kJ/mol V
E0 = verschil tussen de redoxpotentalen: Eacceptor + – Edonor
Wanneer je een reacte van red ox laat verlopen, wordt een negateve elektronenpotentaal positef.
Reactes met NADH/FADH2:
O2 = sterke oxidator
NADH/FADH2 = sterke reductor
Hoe sterker de oxidator, hoe zwakker de bijbehorende reductor.
De elektronenpotentaal van O2/H2O is positef: 0.82 V. Door koppeling van de reducerende reacte aan
NADH of FADH2 wordt de elektronenpotentaal nog sterker positef: elektronen die worden vrijgemaakt uit
NADH/FADH2 worden overgedragen en opgenomen door zuurstof.
NADH heef HH+ en 2e- meer dan NADH+
FADH2 heef 2 HH+ en 2e- meer dan FAD
Er kan met bovenstaande formule voor G0 berekend worden hoeveel energie er vrijkomt:
G0 = Gox H+ Gred
De Gibbs vrije energieën van beide halfreactes worden opgeteld. Als G0 < 0 er komt energie vrij. Deze
energie kan gebruikt worden om reactes die eigenlijk niet verlopen (dus G0 > 0) te laten lopen.
De drijvende kracht van de oxidateve fosforylering is de elektron-transfer potentaal van NADH/FADH 2:
nl. een zeer negateve elektronenpotentaal t.o.v. O2
Via NADH en FADH2 wordt uiteindelijk ATP gemaakt via koppeling van oxidate aan
Elektronentransportketen
Tussen overdracht van elektronen van de elektronendragers NADH/FADH 2 naar O2 zijn er verschillende
elektronendragers waarin steeds redoxreactes plaatsvinden om de elektronen door te geven.
De elektronentransportketen bestaat in totaal uit 4 complexen, genummerd I-IV.
IM = inner membrane; OM = outer membrane
Dit zijn de 4 complexen met als 5e component de ATP-ase:
2
