Samenvatting moleculen deel 2
Fysische chemie
Hoorcollege 1 & 2 elektrochemie
Redoxreacties bestaan uit een oxidator
en een reductor. De half reacties
komen niet afzonderlijk voor. In een
elektrochemische cel kan een stroom
gemeten worden, deze kan negatief
(geoxideerde vorm heeft kleinere
affiniteit voor e- dan H+) of positief
(geoxideerde vorm heeft hogere
affiniteit voor e- dan H+). Door de agar-
brug is de stroomkring gesloten en
kunnen de elektronen verplaatsen. In
die agar-brug zitten ionen opgelost waar lading doorheen kan maar geen zink en ook geen H+
(dus niet de moleculen die in de bakjes zitten). We gebruiken 1 Molair stoffen en 1 atm
(atmosferische druk) als referentie. Door de referentie kun je een spanningsverschil meten
ten opzicht van iets. De referentie is dus waterstof met 1 molair H+ en 1 ATM H2.
Δ𝐺 0 =-nFΔE’0
ΔG0 = de gibbs vrije energie in j/mol (energie die beschikbaar is voor een reactie, hoe graag
willen die elektronen lopen).
N= aantal elektronen
F is constante van Farady (96,48 * 103 mol-1= 96,48 KJ mol-1 V-1)
ΔE’ is het spanningsverschil.
De input van de elektronen transportketen is NADH
en de output is ATP. NADH verkrijg je door de
verbranding van voedsel en dus uit je metabolisme.
Een geoxideerde elektronen carrier kan een elektron
opnemen waarna het vervolgens meestal een H+
opneemt. Een gereduceerde elektronen carrier kan
een elektron afstaan waarna vervolgens meestal ook
een H+ afstaat. Een positievere ΔE’ is een sterkere oxidator. Een
min teken voor de uitkomst van Δ𝐺 0 geeft aan dat er energie
vrijkomt uit de reactie. Het spanningsverschil (bronspanning)
tussen 2 half cellen van elektrochemische cel is: ΔV = VOX − VRED.
1
,Oxidatieve fosforylering
1e complex (NADH oxidase): NADH geeft zijn
elektronen (2) af aan FMN (flavin mono nucleotide).
FMN is een elektronen carrier waarin elektronen
opgeslagen kunnen worden. Dit zit vast in het 1e
complex. De elektronen van FMN gaan vervolgens
verder via een aantal ijzer-zwavelbruggen naar Q. We
kennen 3 ijzer-zwavel clusters. Één met 1 ijzer, één
met 2 ijzer en één met 4 ijzer. Alleen B en C komen
voor in complex 1 omdat NADH 2 elektronen afstond
en met ijzercluster B en C kun je respectievelijk 2 en 4
elektronen vervoeren omdat per ijzer 1 elektron
vervoerd kan worden. Belangrijk om te weten is dat er
geen H+ in de ijzer-zwavelclusters zitten. Bij ijzer-
zwavelclusters worden alleen maar elektronen
overgedragen. De elektronen worden uiteindelijk
overgedragen op Q (ubiquinone). Ubiquinone zit in
het membraan. Uiteindelijk gaat Q over naar QH2 en
die komt in de Q pool (een hele berg Q en een hele
berg QH2) terecht.
2
,Complex 3 (Q-cytochrome C oxidoreductase): dit is complex is altijd in dimere vorm. Dit
complex wordt ook karakteriseert door ijzergroepen in de vorm van heem. In cytochrome C
zit één Fe2+ in gereduceerde vorm. Het
probleem van cytochrome C is dat het maar
één elektron kan verplaatsen/overdragen.
Alleen heeft QH2 twee elektronen,
waardoor je dus meerdere cytochrome C
nodig hebt. Hierdoor heb je de
zogenaamde Q cyclus: QH2 bindt aan
complex 3 en draagt daarbij één elektron
over via een heemgroep en zet die
uiteindelijk over op Cytochrome C. Dat
elektron wat je over hebt wordt overgedragen op een vrije Q. hierdoor krijg je een Q radicaal.
De H+ verlaten uiteindelijk het systeem en komen nu in het tussen membraan van het
mitochondrium terecht. Dit is de eerste stap waarvan je dus één QH2 hebt verwerkt naar Q.
De volgende stap gaat een nieuwe QH2 uit de Q pool binden aan complex 3 waarbij het één
elektron overbrengt op cytochrome C via een heemgroep. De H+ verlaten het complex weer.
Het elektron dat je over hebt wordt afgegeven aan het Q radicaal. Tegelijkertijd worden twee
H+ opgenomen en krijg je weer QH2. Uiteindelijk heb je twee cytochrome C die allebei een
elektron hebben gekregen.
3
, Complex 4 (Cytochrome C oxidase):
dit complex wordt gekenmerkt
door een heemgroep en een koper-
cluster met twee koper atomen. De
elektronen worden één voor één
getransporteerd want cytochrome
C heeft er maar eentje. Het eerste
Cytochrome c komt aan en geeft
zijn elektron af aan koper, die het
afgeeft naar het 1e heem. Het 1e
heem geeft het weer af aan het 2e
heem, die het weer afgeeft aan
koper. Het tweede cytochrome c
komt binnen en die geeft ook zijn
elektron af aan koper maar het
doorgeven stopt uiteindelijk bij het
2e heem (heem a3). Op dit moment
is het ijzer in de heem groep en
koper (CuB) gereduceerd. Hierna bindt O2 aan koper en het ijzer en vormt een peroxide brug.
Twee volgende Cytochrome C’s komen eraan (met de daarbij behorende elektronen) en
zorgen ervoor dat samen met 2 H+ de peroxide brug wordt verbroken. Bij de volgende stap
komen er weer 2 H+ bij en krijg je de afsplitsing van water. In de matrix komen 4 H+ naar binnen
en er ontstaat 2 H2O, waarbij er ook 4 cytochrome c nodig waren. Voor die 4 cytochrome C
had je 2 NADH nodig. Nadat er 4 chemische H+ gaan binden worden er ook nog 4 H+ gepompt.
Complex 2: FADH2 wordt gevormd in de citroenzuur cyclus en in de bèta oxidatie. FADH2 is
niet een molecuul wat los voorkomt in tegenstelling tot NADH maar zit vast in het enzym zelf.
Complex 2 is een FADH2 bevattend enzym. Ook FADH2 geeft 2 elektronen af aan Q.
4
Fysische chemie
Hoorcollege 1 & 2 elektrochemie
Redoxreacties bestaan uit een oxidator
en een reductor. De half reacties
komen niet afzonderlijk voor. In een
elektrochemische cel kan een stroom
gemeten worden, deze kan negatief
(geoxideerde vorm heeft kleinere
affiniteit voor e- dan H+) of positief
(geoxideerde vorm heeft hogere
affiniteit voor e- dan H+). Door de agar-
brug is de stroomkring gesloten en
kunnen de elektronen verplaatsen. In
die agar-brug zitten ionen opgelost waar lading doorheen kan maar geen zink en ook geen H+
(dus niet de moleculen die in de bakjes zitten). We gebruiken 1 Molair stoffen en 1 atm
(atmosferische druk) als referentie. Door de referentie kun je een spanningsverschil meten
ten opzicht van iets. De referentie is dus waterstof met 1 molair H+ en 1 ATM H2.
Δ𝐺 0 =-nFΔE’0
ΔG0 = de gibbs vrije energie in j/mol (energie die beschikbaar is voor een reactie, hoe graag
willen die elektronen lopen).
N= aantal elektronen
F is constante van Farady (96,48 * 103 mol-1= 96,48 KJ mol-1 V-1)
ΔE’ is het spanningsverschil.
De input van de elektronen transportketen is NADH
en de output is ATP. NADH verkrijg je door de
verbranding van voedsel en dus uit je metabolisme.
Een geoxideerde elektronen carrier kan een elektron
opnemen waarna het vervolgens meestal een H+
opneemt. Een gereduceerde elektronen carrier kan
een elektron afstaan waarna vervolgens meestal ook
een H+ afstaat. Een positievere ΔE’ is een sterkere oxidator. Een
min teken voor de uitkomst van Δ𝐺 0 geeft aan dat er energie
vrijkomt uit de reactie. Het spanningsverschil (bronspanning)
tussen 2 half cellen van elektrochemische cel is: ΔV = VOX − VRED.
1
,Oxidatieve fosforylering
1e complex (NADH oxidase): NADH geeft zijn
elektronen (2) af aan FMN (flavin mono nucleotide).
FMN is een elektronen carrier waarin elektronen
opgeslagen kunnen worden. Dit zit vast in het 1e
complex. De elektronen van FMN gaan vervolgens
verder via een aantal ijzer-zwavelbruggen naar Q. We
kennen 3 ijzer-zwavel clusters. Één met 1 ijzer, één
met 2 ijzer en één met 4 ijzer. Alleen B en C komen
voor in complex 1 omdat NADH 2 elektronen afstond
en met ijzercluster B en C kun je respectievelijk 2 en 4
elektronen vervoeren omdat per ijzer 1 elektron
vervoerd kan worden. Belangrijk om te weten is dat er
geen H+ in de ijzer-zwavelclusters zitten. Bij ijzer-
zwavelclusters worden alleen maar elektronen
overgedragen. De elektronen worden uiteindelijk
overgedragen op Q (ubiquinone). Ubiquinone zit in
het membraan. Uiteindelijk gaat Q over naar QH2 en
die komt in de Q pool (een hele berg Q en een hele
berg QH2) terecht.
2
,Complex 3 (Q-cytochrome C oxidoreductase): dit is complex is altijd in dimere vorm. Dit
complex wordt ook karakteriseert door ijzergroepen in de vorm van heem. In cytochrome C
zit één Fe2+ in gereduceerde vorm. Het
probleem van cytochrome C is dat het maar
één elektron kan verplaatsen/overdragen.
Alleen heeft QH2 twee elektronen,
waardoor je dus meerdere cytochrome C
nodig hebt. Hierdoor heb je de
zogenaamde Q cyclus: QH2 bindt aan
complex 3 en draagt daarbij één elektron
over via een heemgroep en zet die
uiteindelijk over op Cytochrome C. Dat
elektron wat je over hebt wordt overgedragen op een vrije Q. hierdoor krijg je een Q radicaal.
De H+ verlaten uiteindelijk het systeem en komen nu in het tussen membraan van het
mitochondrium terecht. Dit is de eerste stap waarvan je dus één QH2 hebt verwerkt naar Q.
De volgende stap gaat een nieuwe QH2 uit de Q pool binden aan complex 3 waarbij het één
elektron overbrengt op cytochrome C via een heemgroep. De H+ verlaten het complex weer.
Het elektron dat je over hebt wordt afgegeven aan het Q radicaal. Tegelijkertijd worden twee
H+ opgenomen en krijg je weer QH2. Uiteindelijk heb je twee cytochrome C die allebei een
elektron hebben gekregen.
3
, Complex 4 (Cytochrome C oxidase):
dit complex wordt gekenmerkt
door een heemgroep en een koper-
cluster met twee koper atomen. De
elektronen worden één voor één
getransporteerd want cytochrome
C heeft er maar eentje. Het eerste
Cytochrome c komt aan en geeft
zijn elektron af aan koper, die het
afgeeft naar het 1e heem. Het 1e
heem geeft het weer af aan het 2e
heem, die het weer afgeeft aan
koper. Het tweede cytochrome c
komt binnen en die geeft ook zijn
elektron af aan koper maar het
doorgeven stopt uiteindelijk bij het
2e heem (heem a3). Op dit moment
is het ijzer in de heem groep en
koper (CuB) gereduceerd. Hierna bindt O2 aan koper en het ijzer en vormt een peroxide brug.
Twee volgende Cytochrome C’s komen eraan (met de daarbij behorende elektronen) en
zorgen ervoor dat samen met 2 H+ de peroxide brug wordt verbroken. Bij de volgende stap
komen er weer 2 H+ bij en krijg je de afsplitsing van water. In de matrix komen 4 H+ naar binnen
en er ontstaat 2 H2O, waarbij er ook 4 cytochrome c nodig waren. Voor die 4 cytochrome C
had je 2 NADH nodig. Nadat er 4 chemische H+ gaan binden worden er ook nog 4 H+ gepompt.
Complex 2: FADH2 wordt gevormd in de citroenzuur cyclus en in de bèta oxidatie. FADH2 is
niet een molecuul wat los voorkomt in tegenstelling tot NADH maar zit vast in het enzym zelf.
Complex 2 is een FADH2 bevattend enzym. Ook FADH2 geeft 2 elektronen af aan Q.
4
