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Von Björn, Mia, Sibel & Sönke

Die Atmungskette

Übersicht

• Glykolyse
• Oxidative Decarboxylierung
• Citratzyklus
• Die Atmungskette
• Allgemein
• Visualisierung
• Was ist die Atmungskette?
• Ablauf
• Wiederholung Mitochondrium
• Elektronentransportkette
• Chemiosmose
• Die Komplexe der Atmungskette
• Kurze Einführung
• Komplex 1
• Komplex 2
• Komplex 3
• Komplex 4

Anaerobe Bedinung: Pyruvat wird zu Lactat oder Ethanol reduziert

Aerobe Bedingung: Pyruvat wird im Citratzyklus und der anschließenden Atmungskette weiter abgebaut zu CO2.

Glykolyse bei aeroben und anaeroben Bedingungen

• Ist ein kataboler energieliefender Stoffwechsel
• Findet bei fast jedem Organismus in dem Zytosol statt
• Glucose wird mithilfe von Enzymen abgebaut
• Zwei Pyruvat entstehen aus einem abgebautem Glucose Molekül --> Energie wird freigesetzt und teilweise in Form von ATP gespeichert

Glykolyse

Bei der Zellatmung sind ebenfalls bestimmte Enzyme beteiligt

• Eine chemische Reaktion
• Ein Carbonsäuremolekül spaltet eine Carboxylgruppe (-COOH) oder eine Carboxylatgruppe (-COO-) ab --> Das Molekül decarboxyliert

• Die abgespaltene Gruppe entweicht gasförmig als Kohlenstoffdioxid (CO2)
• Das Molekül wird oxidiert
• Bei der Zellatmung findet es bei dem Pyruvat aus der Glukose und beim Isocitrat sowie dem a-Ketoglutarat aus dem Citratzyklus statt

Oxidative Decarboxylierung

• Ist ein kreisläufiger biochemischer Stoffwechsel
• Besteht aus 8 Einzelreaktionen
• Es wird Energie bereitgestellt
• Spielt eine Rolle beim Abbau von Kohlenhydraten, Fetten und Proteinen
• Bei Eukaryoten in den Mitochondrien
• Bei Prokaryoten in dem Cytoplasma
• Nach der Glykolyse statt und mündet in die Atmungskette
• Eine Runde des Zyklus liefert drei Moleküle NADH, ein Molekül FADH2 und ein Molekül GTP. NADH und FADH2 werden dann zur inneren Mitochondrienmembran weitergeleitet, da dort die Atmungskette stattfindet.

Citratzyklus

Die Atmungskette

Ein Coenzym ist ein nicht-proteinartiger Bestandteil von Enzymen. Es hilft Enzymen dabei, Reaktionen zu katalysieren. Das ist möglich, indem sich das Coenzym für kurze Zeit an das Enzym bindet.

NADH (Nicotinamidadenindinukleotid)

FAD (Flavin-Adenin-Dinukleotid)

Kurze Einführung

• Der letzte Schritt des aeroben Energiestoffwechsels
• Nur unter aeroben Bedingungen
• Schließt sich an die Glykolyse und an den Citratzyklus
• Die Coenzyme NADH und FAD nehmen beim Abbau von Nährstoffen Elektronen auf --> kontrolliert auf den Sauerstoff in der Atmungskette übertragen

Allgemein

Visualisierung

FADH2

Was ist die Atmungskette?

• Endoxidation ist ein Teil des aeroben Energiestoffwechsels in eukaryotischen und prokaryotischen Zellen
• Bei Eukaryoten in den inneren gefalteten Mitochondrienmembranen
• Bei Prokaryoten in den Plasmamembranen
• Letzte Schritt in der Zellatmung (nach der Glykolyse, der oxidativen Decarboxylierung und dem Citratzyklus)
• Hauptaufgabe ist es Energie aus Nährstoffen in ATP zu übertragen
• Elektronen beladene Carriermoleküle ( oder Reduktionsäquivalente NADH & FADH2) aus der Glykolyse, der oxidativen Decarboxylierung und dem Citratzyklus geben ihre Elektronen in der Endoxidation wieder ab

Ablauf

1. Glykolyse, oxidative Decarboxylierung und Citratzyklus
2. Frei gewordene Energie wurden zum Teil in Elektronencarrier-Molekülen gespeichert
3. Die Carrier wandern von dem Ort des Citratzyklus zur inneren Membran der Mitochondrien
4. Die transportierten Elektronen werden über Proteinkomplexe abgegeben
5. O2 ist das Ziel, da es zu H2O reduziert wird und NADH sowie FADH2 werden zu NAD+ und FAD oxidiert.
6. Die oxidierten Elektronencarrier-Moleküle können nun wieder in die Glykolyse und den Citratzyklus eingeleitet werden
7. Der Zyklus startet erneut

• Viele aufeinander folgenden Membrankomplexe (Redoxsysteme)
• Nimmt Elektronen auf und geben sie ab (Reduktion & Oxidation)
• Ist wie eine Art Treppe aufgebaut
• Jede "gewanderte Stufe" setzt eine kleine, kontrollierbare Energiemenge frei
• Elektronen "wandern" mit dem Energiegefälle
• Das letzte Redoxsystem überträgt die Elektronen auf die Sauerstoffmoleküle
• Die Energie wird genutzt, um Protonen vom Matrixraum in den Innenmembranraum des Mitochondriums zu pumpen
• Konzentrationsgradient entsteht
• Die Protonen können nur über den Protonenkanal ATP-Synthase zurück in die Matrix
• Die entstandene Energie wird von der ATP-Synthase direkt in ATP umgewandelt

Elektronentransportkette

Die ATP-Synthase gehört nicht zur Atmungskette

Grundprinzipien

• Elektronen und Protonen können nicht durch die innere Mitochondrienmembran
• Elektronen können nur durch Redoxakzeptoren bzw -donatoren in die Membran
• Protonen können nur über die Atmungskettenkomplexe 1, 3 und 4 in den Intermembranraum und nur über die ATP-Synthase wieder raus

• Es ist ein chemiosmotischer Vorgang
• Der Rückfluss in den Matrixraum dient zur Energiegewinnung

Chemiosmose

Die komplexe der atMungskette

• Die Redoxsysteme sind Multienzymkomplexe, die die Elektronen weiterleiten
• Befinden sich in und an der inneren Membran der Mitochondrien
• Drei integrale und ein peripherer Komplex
• Durch verschiedene enthaltene Gruppen laufen Reduktionen und Oxidationen ab

Kurze Einführung

Man nennt den 1. Komplex auch NADH-Q-Oxidoreduktase

1. NADH gibt seine Elektronen an Komplex 1 ab
2. Komplex 1 gibt dieses Elektron an ein unpolares Lipidmolekül (Ubichinion) innerhalb der Phospholipiddoppelschicht ab
3. Energie setzt sich frei
4. Protonenpumpen im ersten Komplex pumpen Protone aus der Matrix in den Mitochondrieninnenraum

Komplex 1

Hier erfolgt kein Transport von Wasserstoffprotonen, da die Protonenpumpe fehlt !

Man nennt den zweiten Komplex auch Succinat-Dehydrognase

Ubichinol übernimmt Elektronen von Komplex 1+2 und nimmt gleichzeitig Protonen auf

Komplex 2

1. Die Elektronen von FADH2 werden angenommen
2. Diese Elektronen werden in die Atmungkette geschleust--> weniger ATP wird generiert
3. Die Elektronen werden ebenfalls an Ubichinon übergeben

Hier findet wieder ein Protonentransport statt!

Man nennt den dritten Komplex auch Cytochrom-C-Oxidoreduktase

• Ubichinon überträgt seine Elektronen auf Komplex 3
• Der Komplex leitet die Elektronen an ein bewegliches, peripheres Protein (Cytochrom C), welches sich an der Außenseite der inneren Mitochondrienmembran befindet

Komplex 3

Man nennt dem vierten Komplex auch Cytochrom-C-Oxidase

• Cytochrom C überträgt die Elektronen an Komplex 4
• Komplex 4 überträgt die erhaltenen Elektronen mit Wasserstoffprotonen auf Sauerstoff
• Es wird zu Wasser reduziert
• Ebenfalls findet ein Transport von Protonen im Intermembranraum statt

Komplex 4

Man nennt diesen Komplex auch F0F1-ATP-Synthase

• Synthetisiert die ATP
• ADP und anorganisches Phosphat synthetisieren mit 4 Protonen

Komplex 5

Komplexe Übersicht

Warum benötigt man die Proteine?

• Wasserstoff reagiert mit Sauerstoff explosionsartig. --> Knallgasreaktion
• Würde es ohne den Proteinkomplex reagieren, könnte der Körper die Energie nicht speichern

Vielen Dank für eure Aufmerksamkeit!

Quellen