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ATP-Synthese und Atmungskette
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im Mitochondrium
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S.72 ATP-Synthese im Mitochondrium (1) Atmungskette in der Glykolyse, der oxidativen Decarboxylierung und im Citratzyklus wird das Kohlenstoffgerust der Glucose vollständig abgebaut die dadurch gebildeten Reduktionsáquivalente NADH+H+ und FADH2 Stehen viele Wasserstoff atome zur Verfügung, die durch exergone Reaktionen mit Sauerstoff zu Wasser reagieren ↳ Reduktionsáquivalente husser wieder oxidiert werden, da ohne sie die Redoxreaktionen in der G., o.D., C. nicht mehr ablaufen die Vorgänge zur Freisetzung von Energie und ihrer Speicherung in Form von ATP finden in der Atmungskette Statt →inneren Mitochondrienmembran Für die ATP-Bildung not- wendigen Bedingungen: 1. Die innere Mitochondrienmembran enthält vier große Proteinkomplexe, die aus spezifischen Redox- systemen für den Elektronentransport bestehen. Die Elektronen werden am Ende der Atmungskette auf Sauerstoff-Moleküle übertragen. 2. Es liegen zwei voneinander getrennte Reaktions- räume vor, der Intermembranraum zwischen innerer und äußerer Mitochondrienmembran sowie die Mito- chondrienmatrix. an der Atmungskette Sind viele Redoxsysteme beteiligt, da ohne die ganzen Teilschritte das übertragen von Elektronen auf den Sauerstoff zu stārk exergon ist und explosiv ablaufen würde die Stufenweise Übertragung der Elektronen macht die Reaktion kontrollierbar die Elektronen werden von Proteinkomplex zu Protein komplex weitergegeben ↳ dabei werden die Redoxpaare energie armer → immer positivere Redoxpotenziale ↳ das positivste Redoxpotenzial besitzt Sauerstoff deswegen werden am Ende der Atmungskette die Elektronen auf die Sauerstoffatome Übertragen ↳ die entstandenen Oxidionen reagieren mit Protonen, die innerhalb der Mitochondrienmatrix Sich befinden, zu Wasser S.72 - - - durch den Elektronentransport werden in den Proteinkomplexen I,...
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III, IV Protonen aus der Mitochon- drienmatrix durch die innere Mitochondrienmembran in den Intermembranraum des Mitochondriums gepumpt Protonenkonzentration in der Mitochondrienmatrix wird durch die Synthese von Wasser verringert kommt zu einem Konzentrations unterschieds an Protonen ↳ dieser Konzentrationsgradient kann bis zu zwei pl-Einheiten betragen Aufgrund des Ladungsunterschiedes bildet sich an der Membran ein Ladungsgradient Konzentrationsgradient + Ladungsgradient nutzt die Zelle zur ATP- Bildung ↳ Komplex I NADH+H+ H NAD* H H Komplex II FADH. NADH + H* und FADH, aus Glykolyse, oxi- dativer Decarboxylierung und Citrat- zyklus liefern e, die über die Redox- systeme in den Protein-Komplexen weitergeleitet werden. Dabei werden H+ in den Intermembranraum gepumpt. H: H Ubi- chinon FAD (H+ protonenmotorische Kraft H' Komplex III H (H+ (H* Cyt c H H* H* Das Verlagern von Protonen führt zu einem Überschuss an Protonen und positiver Ladung im Intermembranraum im Ver- gleich zur Matrix. H 1/2.0₂ 2H) +1/20₂ H Komplex IV -> H₂O Cytoplasma H (H* Intermembranraum Mitochondrien- matrix S.74 ↑ Enstehung protonenmotorische Kraft (Zettel (1)) 个 Umwandlung von p.k in chemische Energie für ATP-Synthese nur an bestimmten Stellen in der inneren Mitochondrienmembran Protonen können nicht einfach durch die Membran diffundieren nur durch spezielle Tunnelproteine, die ATP- Synthasen Protonen passieren die Membran durch ATP- Synthase dieser Energie freisetzende Protonenfluss ermöglicht die ATP- Bildung Redoxreaktionen in der Atmungsketle Sind an ATP-Synthese gekoppelt diese Kopplung heißt Chemiosmose ATP-Synthase hat zwei Aufgaben: -Rückdiffusion der Protonen in die Mitochondrienmatrix Cytoplasma Intermembranraum H ATP-Bildung ist eine reversible Reaktion → ATP muss im Mitochondrium gering gehalten werden, damit nicht die Rückreaktion zu ADP+P einsetzt ↳daher wird ATP direkt nach der Synthese im Mitochondrium zum Ort seines Verbrauches transportiert für die gesamte Atmungskette ergibt sich ein Nettogewinn von 34 Molekülen ATP insgesamt werden im Verlauf der Zellatmung 38 Molekule ATP gebildet H H H* H H+ ATP-Synthese im Mitochondrium (2) Atmungskette H* Mitochondrienmatrix H H H* ATP-Synthase H H ADP + P H (H* H* -Nutzung der Energie des Konzentrationsgradienten zur Synthese von ATP aus ADP+ P H₁ H* H hohe H*- Konzentration (H- ATP niedrige H-- Konzentration / H H Getrieben von der protonenmotorischen Kraft diffundieren Protonen in die Mitochondrienmatrix zurück. Sie durch- queren die innere Membran durch die ATP-Synthase. Dieser Protonenfluss ist an die Bildung von ATP gekoppelt. 2 (NADH+H 2 (NADH+H* 6 (NADH+H* 2 (FADH je (FADH, je (NADH+H+ Glucose (C₂) Glykolyse 2 Pyruvat (C₂) oxidative Decarboxylierung 10 2 Acetyl-CoA (C₂) Citratzyklus Atmungskette 60, 2 (ATP) 2 CO₂ Gesamtbilanz: 38 ATP pro Molekül Glucose 4 CO, 2 (ATP) 2 (ATP 4 (ATP 3 (ATP 30 (ATP 12 H₂O Atmungskette insgesamt: 34 ATP
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