{"id":1478,"date":"2020-04-26T09:09:22","date_gmt":"2020-04-26T07:09:22","guid":{"rendered":"http:\/\/bioclips.info\/?page_id=1478"},"modified":"2020-06-06T13:09:53","modified_gmt":"2020-06-06T11:09:53","slug":"endoxidation-atmungskette-und-oxidative-phosphorylierung","status":"publish","type":"page","link":"https:\/\/bioclips.info\/?page_id=1478","title":{"rendered":"Endoxidation – Atmungskette und oxidative Phosphorylierung"},"content":{"rendered":"\n

Wer den ganzen Tag rumsitzt, verbraucht je nach K\u00f6rpergewicht um die 1900kcal. F\u00fcr die Bereitstellung dieser Energie werden ca. 80kg ATP ben\u00f6tigt. Der menschliche K\u00f6rper verf\u00fcgt aber nur \u00fcber 250g ATP. Diese Diskrepanz muss der Stoffwechsel ausgleichen, indem er das verbrauchte ATP st\u00e4ndig aus ADP regeneriert. Ein ATP-Molek\u00fcl durchl\u00e4uft diesen \u201eAufbereitungsprozess\u201c ca. 300mal am Tag. Die Aufbereitung erfolgt letztendlich in der oxidativen Phosphorylierung als Teil der Endoxidation, die an einen Protonentransport durch die innere Mitochondrienmembran gekoppelt ist.<\/p>\n\n\n\n

\"\" Worum geht\u00b4s?<\/h2>\n\n\n\n
  1. Wo befinden sich die Reaktionsorte der Atmungskette?<\/li>
  2. Ein \u00dcberblick \u00fcber die Endoxidation zeigt den gesamten Ablauf und geht auf den Zusammenhang zwischen Atmungskette und oxidativer Phosphorylierung ein.<\/li>
  3. Wie verl\u00e4uft der chemische Mechanismus innerhalb der beteiligten Membranproteine, die den Protonengradienten f\u00fcr die ATP-Synthese (oxidative Phosphorylierung) aufbauen.<\/li>
  4. Die Funktionsweise der oxidativen Phosphorylierung wird auf einer gesonderten Seite behandelt.<\/li><\/ol>\n\n\n\n

    Die Endoxidation findet bei Eukaryonten in den Mitochondrien statt<\/h2>\n\n\n\n
    \"\"<\/figure><\/div>\n\n\n\n
    • Mitochondrien sind ovale Organellen mit einer typischen L\u00e4nge von ungef\u00e4hr 2 \u03bcm und einem Durchmesser von 0,5 \u03bcm; dies entspricht etwa der Gr\u00f6\u00dfe eines Bakteriums.<\/li>
    • Sie enthalten die Enzyme der oxidativen Decarboxylierung, des Citratzyklus, der Fetts\u00e4ureoxidation und die Enzymkomplexe der Endoxidation.<\/li>
    • Mitochondrien sind von einer Doppelmembran umschlossen, sie besitzen somit eine \u00e4u\u00dfere und eine innere Membran.<\/li>
    • Die innere Membran ist stark gefaltet.<\/li>
    • Es gibt also zwei Kompartimente in Mitochondrien:
      • einen Intermembranraum zwischen \u00e4u\u00dferer und innerer Membran,<\/li>
      • die Matrix, die von der inneren Membran begrenzt wird. Die Matrix ist der Reaktionsort f\u00fcr die oxidative Decarboxylierung und den Citratzyklus.<\/li><\/ul><\/li>
      • Die Endoxidation wird an der inneren Mitochondrienmembran durchgef\u00fchrt, wobei man zwei miteinander gekoppelt Prozesse unterscheiden kann:
        • die Atumungskette und<\/li>
        • die oxidative Phosphorylierung.<\/li><\/ul><\/li>
        • Die \u00e4u\u00dfere Membran ist f\u00fcr die meisten kleinen Molek\u00fcle und Ionen durchl\u00e4ssig, da es vie lMitochondrienporin gibt.<\/li>
        • Mitochondrienporin ist ein porenbildenden Protein, auch bekannt als VDAC (engl.: voltage dependent anion channel – spannungsabh\u00e4ngiger Anionenkanal).<\/li>
        • VDAC spielt eine Rolle beim geregelten Durchtritt von Zwischenprodukten \u2013 gew\u00f6hnlich anionischen Molek\u00fcle wie Phosphat, Chlorid, organischen Anionen und Adeninnucleotiden \u2013 durch die \u00e4u\u00dfere Membran.<\/li><\/ul>\n\n\n\n

          Aufgrund der hohen Durchl\u00e4ssigkeit der \u00e4u\u00dferen Membran spricht man beim Intermembranraum auch von der cytoplasmatischen Seite.<\/p>\n\n\n\n

          Wie gro\u00df ist die Membranoberfl\u00e4che der Mitochondrien des Menschen?<\/p>\n\n\n\n

          Beim Menschen umfasst die Fl\u00e4che der inneren Mitochondrienmembran ungef\u00e4hr 14.000m2<\/sup>, was ungef\u00e4hr zwei Fu\u00dfballfeldern entspricht. Damit sorgt die Einfaltung der inneren Mitochondrienmembran f\u00fcr eine extreme Vergr\u00f6\u00dferung der Oberfl\u00e4che.<\/p>\n\n\n\n

          Die Atmungskette (Elektronentransportkette)<\/h2>\n\n\n\n
          • Die Atmungskette besteht aus vier Membrankomplexen: drei Protonenpumpen und einem Enzymkomplex, der direkt am Citratzyklus beteiligt ist.<\/li>
          • Der Elektronenfluss innerhalb der Membrankomplexe I; III und IV bewirkt den Protonentransport von der Matrix in den Intermembranraum: Protonenpumpen.<\/li>
          • Spezifische Coenzyme (Elektronen-Carrier) transportieren Elektronen von einem Enzymkomplex zum n\u00e4chsten.<\/li>
          • Die Atmungskette erzeugt einen Protonengradienten, der zur ATP-Synthese genutzt wird (Ankopplung der Phosphorylierung)<\/li><\/ul>\n\n\n\n

            Enzymkomplexe<\/h3>\n\n\n\n
            \"\"<\/figure><\/div>\n\n\n\n

            Komplex I: NADH-Q-Oxidoreduktase (NAD-Dehydrogenase)<\/h4>\n\n\n\n
            • indet NADH und \u00fcbernimmt 2 energiereiche Elektronen<\/li>
            • diese werden auf das Coenzym Q (Ubichinon) \u00fcbertragen<\/li>
            • das f\u00fchrt zur reduzierten Form von Q (QH2<\/sub>; Ubichinol)<\/li>
            • der Elektronenfluss pumpt 4H+<\/sup> in den Intermembranraum<\/li>
            • QH2<\/sub> \u00fcbergibt die Elektronen an den Komplex III<\/li><\/ul>\n\n\n\n

              Komplex II: Succinat-Q-Reduktase – Elektronen vom FADH2<\/sub><\/h4>\n\n\n\n
              • Elektronen werden auf das Coenzym Q \u00fcbertragen.<\/li>
              • Die Succinat-Q-Reduktase ist keine Protonenpumpe: deshalb weniger ATP durch FADH2<\/sub>.<\/li><\/ul>\n\n\n\n
                \"\" Die Succinat-Q-Reduktase und die Beteiligung am Citratzyklus<\/h5>\n\n\n\n
                • Der Komplex II enth\u00e4lt das Enzym Succinat-Dehydrogenase.<\/li>
                • Diese katalysiert im Citratzyklus Succinat zu Fumarat. Dabei entsteht FADH2<\/sub>.<\/li>
                • Sie ist als prosthetische Gruppe fest im Komplex II integriert und ist somit das einzige Enzym des Citratzyklus, das in der inneren Membran lokalisiert ist. FADH2<\/sub> bleibt im Proteinkomplex.<\/li><\/ul>\n\n\n\n

                  Komplex III: Q-Cytochrom-c-Oxidoreduktase<\/h4>\n\n\n\n
                  • katalysiert die Elektronen\u00fcbertragung von der reduzierten Form des Coenzyms Q (QH2<\/sub>, Ubichinol) auf das oxidierte Cytochrom c.<\/li>
                  • Dadurch werden 2H+<\/sup> in den Intermembranraum gepumpt.<\/li><\/ul>\n\n\n\n

                    Komplex IV: Cytochrom-c-Oxidase<\/h4>\n\n\n\n
                    • katalysiert den Elektronenfluss vom reduzierten Cytochrom c zur Reduktion von molekularen Sauerstoff zu Wasser<\/li>
                    • F\u00fcr die Reduktion werden H+<\/sup> aus der Matrix verbraucht.<\/li>
                    • Gleichzeitig werden 4 H+<\/sup> aus der Matrix in den Intermembranraum gepumpt.<\/li><\/ul>\n\n\n\n
                      \n