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Chapter 20 · Electron Transport and Oxidative Phosphorylation Chapter 20 Electron Transport and Oxidative Phosphorylation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Chapter Outline Oxidative phosphorylation driven by electron transport Membrane associated processes Plasma membrane of bacteria Mitochondrial membrane of eukaryotes Outer mitochondrial membrane: Permeable to M < 10,000 due to  protein porin Intermembrane space: Creatine kinase, adenylate kinase, cytochrome c Inner mitochondrial membrane: Highly impermeable o High protein content o High content of unsaturated fatty acids o Cardiolipin and diphosphatidylglycerol: No cholesterol o Cristae: Folds that increase surface area Matrix o TCA cycle enzymes (except succinate dehydrogenase) o Enzymes for catabolism of fatty acids o Circular DNA o Ribosomes, tRNAs Reduction potentials: Electrical potential generated when reactions involve movement of  electrons Standard reduction potentials:  E o   Measured using sample half-cell with oxidized and reduced forms at 1M Reference half-cell 1M H +  and H 2  gas at 1 atm Electrons flow toward cell with larger positive reduction potential Half-cell reactions written as reduction reaction: Electrons on reactant side Positive values of  E o ’: Accept electrons: Oxidizing agents Negative values of  E o ’: Donate electrons: Reducing agents  Standard free energy change related to standard reduction potential G ° ’ = -n F E o n = number of electrons F   = Faraday’s constant: 96,485 J/V∙mol E o ’ = E o ’(final)-   E o ’(initial) Electron transport chain Electron mediators Flavoproteins: Tightly bound FMN or FAD Coenzyme Q (ubiquinone): 1 or 2 Electron transfers: Mobile within membrane 53
Chapter 20 · Electron Transport and Oxidative Phosphorylation Cytochromes: Fe 2+ /Fe 3+ Cytochrome a’s: Isoprenoid (15-C) on modified vinyl and formyl in  place of methyl Cytochrome b’s: Iron-protoporphyrin IX Cytochrome c’s: Iron-protoporphyrin IX linked to cysteine Iron-sulfur proteins: Fe 2+ /Fe 3+ : Several types Protein-bound copper: Cu + /Cu 2+ Electron transport complexes: Four Complex I: NADH-coenzyme Q reductase (NADH reductase) Electron movement o [FMN] accepts electron pair from NADH o [FMNH 2 ] donates electrons to Fe-S o Fe-S donates electrons to coenzyme Q Protons pumped from matrix to cytosol Supports 3 ATP Complex II: Succinate-coenzyme Q reductase (succinate dehydrogenase) Components o FAD o Fe-S centers No protons pumped Supports 2 ATP Similar complexes o Glycerolphosphate dehydrogenase: Reduces coenzyme Q: No  protons pumped o Fatty acyl-CoA dehydrogenase: Reduces coenzyme Q: No  protons pumped Complex III: Coenzyme Q-cytochrome c reductase Components o Cytochromes b L  and b H o Rieske protein: Fe-S protein Q-cycle Protons pumped Complex IV: Cytochrome c oxidase Components o Cytochrome a and Cu A o Cytochrome a 3  and Cu B Binuclear center: O 2  consumption and H 2 O production Protons pumped

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