Kayser 3

II.3 Mitochondrien
produzieren ATP, elektrochemischer Gradient für e-  mehrere Komplexe  zum Großteil
Kerncodiert, Komplex II direkt mit Krebs(Citrat)Zyklus gekoppelt
Komplex I Komplex II
H+
Komplex III
Komplex IV
Komplex V
H+
H+
Cyt C
e-
Cyt a
Cyt a3
Q/QH2
eNADH NAD+
Succinat Fumarat
Cyt b
Cyt c1
1/2 O2
H 2O
ADP
ATP
H+
Abb. Elektronentransport in der Mitochondrienmembran
Die Komplexe I – III sind Protonenpumpen
der pH-Gradient dient als gespeicherte Energie  wird über Komplex V in chemische
Energie umgewandelt
3a) Komplexe und deren Hemmung
Komplex I: NADH-Dehydrogenase
o Fe/S-Gruppe, 900 kDa groß
o keine Cytochrome
o Peripherer Teil Kerncodiert, Transmembranbereich im Mitochondrium
o viele hochaktive Gifte bekannt die mit hoher Affinität binden  v.a. natürliche Gifte
o z.B. gehemmt durch Rotenon (Tubawurzel)  starkes Atemgift, v.a. für Fische (im
Wasser)
Komplex II:
o direkt in Citratzyklus eingebunden
o kein Angriff durch Insektizide, aber teilweise Fungizide
Komplex III: bc1-Komplex
o mindestens aus 11 Proteinen bestehen , Fe2S-Protein
o 2x Cyt b (wie Häm, keine kovalente Bindung des Fe), 1x Cyt c1 (kovalent ans Fe
gebunden  Thioester)  binden beide keinen Sauerstoff
o cyclischer Transport von e- (zwischen b1 b2 und Q)  pumpt dabei mehr Protonen raus
o keine Insektizide  konservierte Struktur  Toxizitätsproblem, aber stark
abgewandelte Fungizide
o z.B. Strobilurine  Antimycin, Pyridaben (Akarizid)
Komplex IV: Oxidase
o 12 Untereinheiten, 2 Redoxzentren  2 Cu-Zentren
o Cyt a und Cyt a3
o keine Naturstoffe bekannt, die an der Stelle hemmen  nur Chemikalien (Cyanid, Azid,
CO)
o
Vorteile Sauerstoffatmung: nicht so aggressiv wie Halogene, in großen Mengen
vorhanden, Produkt ungiftig/Hauptbestandteil der Zelle
Nachteile Sauerstoffatmung: Metabolite von O2 (z.B. Superoxidanion O2-,
Hydroxidradikal OH. )  reagieren mit allem
 können durch Falschübertragung der e- entstehen  z.B. reverser e--Transport zu
Komplex I  Nebenprodukt („Abfall“)
Gegenmaßnahmen: Katalasen, Peroxidasen
bei Inhibierung eines Komplexes: e- - Stau  Bildung als Giftreaktion  leitet
Apoptose ein
o
Komplex V: ATPase / ATPsyntethase
o Kanal 8 kDa, Enzym aus 12 identischen C-UE, 1δ, 1γ, 3 α und 3β-UE mit eigentlicher
Funktion
o besteht aus FO-(nur Ionenkanal) und F1-(Enzym)Untereinheit
o Funktion über „Wasserrad-Funktion“  C-Untereinheiten binden H+ (Protonierung /
Deprotonierung) und drehen sich um gemeinsame Achse und transportieren dabei die
H+ in die Zelle  α,β-Struktur ist arretiert aber mit C-Untereinheiten verbunden 
Spannung aufgebaut
o Chemikalien können zur Arretierung des „Rades“ führen
3b) Phenylthioharnstoffe
o Proinsektizid
o Hemmt F-ATPase, bindet außerdem an Porin (VDAC = voltage depend anion channel
 Folgen unnbekannt) der äußeren Mitochondrienmembran
o bindet nur an diese beiden Proteine
Umwandlung im Insekt
O
O
S
N
H
Diaf enthiuron
N
H
N
C
N
 bindet an Acide Gruppen
Carbodiimid
 nur ein Insektizid, aber viele Naturstoffe die angreifen können
3c) Entkopplungsprotein – Zitterfreie Thermogenese
Kanal der Protonen erlaubt ohne ATP-Bildung ins Innere der Mitochondrien gelangt 
Energiegradient führt zu Wärmebildung  exprimiert in braunem Fettgewebe
Voraussetzung für Insektizid:
o lipophil (log P = 5+)  muss in Membran integriert werden
o muss 2 verschieden pH aushalten  schwache Säure
 Umgehung von Komplex V = Entkoppler  erhöhte Atmung  Zusammenbruch
Problem: Toxizitätspotential bei allen Organsimen
Einsatz nur von Chlorfenaoyr (Pyrrol)  Proinsektizid (geschützte N-Alkylgruppe) wird nur
von Insekten abgespaltet
II.4 Unbekannter Wirkmechanismus
4a) Azadirachtin
extrahiert aus Neembaum  viel zu komplex zur chemischen Synthese
verschiedene Wirkungen, aber keiner weiß an welcher Stelle sie ausgelöst werden
4b) Pymetrozin
selektiv auf saugende Insekten (Fraßhemmung)  wirkt sofort
 Blattlaus verhungert
im Labor gleicher Effekt auf Heuschrecken + zusätzlich anheben der Hinterbeine
 greift anscheinend die Mechanorezeptoren an und wirkt sehr lange
III. Resistenz
Typen:
o Mutation: Rezeptor unempfindlich, Abbau durch Enzyme ...
o Metabolismus (z.B. Tabakschwärmer): selektive Aufnahme, schneller Metabolismus 
weniger Gift am Wirkungsort
III.1 Metabolismus
Anreicherung von Giften in der Nahrungskette
Bsp: TTX (Tetrodotoxin): Fubufisch nimmt Gift mit Nahrung auf  Punktmutation im
Natriumkanal (Aromat ersetzt)  verbessertes Nahrungsspektrum  Selektionsvorteil
(Herzmuskelnatriumkanäle des Menschen haben die gleiche Mutation  Resistent)
Bsp: Cumarin  Coevolution  selektive Anpassung von Enzymen  spezialisiert auf eine
Zielpflanze  spezialisiertes Nahrungsspektrum
Enzymatische Abwehr von körperfremden Stoffen: v.a. bei polyphagen Insekten
 Abwehr von chemischen Substanzen Zufall  gleiche Mechanismen wie gegen
pflanzliche Sekundärmetabolite
o Hydrolasen (Esterasen): Spaltung von Phosphotriestern, Carboxylestern, Amiden
Bsp: OP, Pyrethroide, Avermectine
Mechanismus:
o Genamplifikation (Gene vervielfacht): teilweise 500x mehr als normal 
fangen Bsp. OP ab
o veränderte Esteraseeigenschaften: Induktion von Esterasen mit veränderten
kinetischen und physikalischen Eigenschaften
o Oxidasen: Cyt P450-abhängige Oxidasen: nicht gezielt sondern einfach mal
Hydroxygruppen anhängen (Verbrauch von O2)
o Polarisierung  Ausscheidung
o aktivieren Proinsektizide
o Induktion einzelner Oxidasen mit speziellem Wirkspektrum erlauben Resistenz
z.B. DDT-Resistenz von Drosophila
o Transferasen: Glutathion-S-Transferasen (Membrangebunden
o Entgiften OP, Organochlorverbindungen
z.B. DDT  DDE
III.2 Veränderung des Wirkorts
bei metabolischen stabilen Verbindung wirkt hoher Selektionsdruck
Bsp: mutierte GABA-Rezeptoren  immer dieselbe Punktmutation in verschiedenen Arten
 verändert keine anderen Eigenschaften  extrem hoher Selektionsdruck auf einzelne
Amionsäure
Bsp: Na+-Kanal: Knock-down Resistenz (KdR)  Pyrethroide
 Resistenz durch Punktmutation (6. Transmembranhelices in 2. Domäne)
 SuperKdR  verstärkte Resistenz  „konservierte Austausche“  mehrere Stellen
mutiert
Bsp: Acetylcholinesterase: auf mehreren Gene codiert  Form1 resistent, Form 2 anfällig
 nur mehrere Mutationen bringen etwas  einzelne zu schwach
Resistenz:
LD50-R / LD50-S = Resistenzfaktor (z.B. bei Pyrethroiden 100x – 10 000x)
Kreuzresistenz: Metabolisch bedingt, selten Wirkungsort
 alles was ähnliche funktionelle Gruppen besitzt, an gleicher Stelle angreift wird von einer
Resistenz ausgeschaltet
Multiresistenz: mehrere Resistenzmechanismen funktionieren