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Die Atmungskette (Zellatmung)

Die Atmungskette (Zellatmung)

 Intermembran-Raum (+)
→ innen
2 H+
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2 H+
2 H+
Atmungskette (Endoxidation)
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ATP-Synthase
UQ
cytC
IV
ATP
ADP + P
2e-
NADH+ H+ = H₂
2e

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Eine Zusammenfassung über die Atmungskette: - Schema und Aufbau - Gesamtgleichungen - Membranproteine und die Vorgänge darin - Reaktionen: Knallgasreaktion, Elektronentransportkette, Chemiosmose - Prozesse

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Intermembran-Raum (+) → innen 2 H+ - - - 2 H+ 2 H+ Atmungskette (Endoxidation) ||| ATP-Synthase UQ cytC IV ATP ADP + P 2e- NADH+ H+ = H₂ 2e- 2e- Matrix (-) → außen ATP-Synthese NAD+ + 2H+ FADH2 Pro 2 Protonen = 2 ATP FAD + 2H+ 2 H+ 0,5 0₂ = 0 O² + 2H H+ - Gradient pro NADH*H* : 6H* → 3 ATP H+- Gradient pro FADH₂ : 4H+ → 2 ATP UQ: Ubichinon = Elektronentransportmolekül cytC: Cytochrom C = Elektronentransportmolekül I-IV : integrale Membranproteinkomplexe (dienen als Elektronentransportkette) H₂O Gesamtgleichung Atmungskette: 10 NADH+H+ + 2 FADH₂ + 6 O₂ + 34 ADP + 34 P 10 NAD* + 2 FAD + 34 ATP + 12 H₂O Membranproteine der Atmungskette Integrales Membranproteinkomplex I Besteht aus mehreren Enzymen → bilden Enzymkomplex Erste Station der Atmungskette Elektronen des NADH+H* werden in die Atmungskette eingeschleust → UQ (NADH+H* ⇒ NAD* + 2 H+) Nebenbei werden Protonen (H*) aus der Matrix in den Intermembranraum gepumpt NADH wird oxidiert und das Ubichinon (UQ) wird reduziert → Redoxreaktion Integrales Membranproteinkomplex II Ragt in die Matrix Überträgt Elektronen von FADH₂ auf das Ubichinon (FADH₂ → FAD + 2 H+) UQ überträgt 2e- auf Komplex III Pumpt keine Protonen → geringe Menge ATP Integrales Membranproteinkomplex III Transmembranprotein → im Inneren der Mitochondrienmembran Pumpt Protonen in den (2 H*) Intermembranraum Während Auf- und Abgabe der Elektronen in den Komplexen werden Protonen in den Intermembranraum gepumpt → wird H*-Gradient aufgebaut wird genutzt um ATP herzustellen cytC überträgt Elektronen zwischen den Komplexen III...

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und IV Integrales Membranproteinkomplex IV Ort: katalysiert letzten Schritt der Elektronentransportkette von Komplex III reduziertes cytC oxidiert → Elektronen (2e-) auf molekularen Sauerstoff übertragen o reagiert mit Protonen aus Matrix zu Wasser (0,5 0₂ +2e- → O² + 2H¹) → H₂O weitere Protonen durch Mitochondrienmembran gepumpt → Aufbau Protonengradient Läuft an der inneren Mitochondrien-Membran ab Kurzfassung: Es entsteht unter O₂ Verbrauch und der Verbrauch von Protonen (H+) und Elektronen (e) der Hauptteil des ATPs der Zellatmung Der Wasserstoff aus dem Citratzyklus oxidiert unter Energiegewinnung zu Wasser (Knallgasreaktion) Reaktionen: Kontrollierte Knallgasreaktion: O H₂ + 0,5 02 → H₂O o Dabei reagieren normalerweise Wasserstoff (H₂) und Sauerstoff (O₂) explosionsartig zu Wasser (H₂O) o Dabei wird viel Energie frei ➜ die Reaktion kann nicht direkt in der Zelle ablaufen, da man die große Energiemengen nicht „bändigen" kann (ist wie eine Sprengladung, die gezündet wird) o Daher muss die Reaktionsenergie kontrolliert abgegeben werden, damit überhaupt ATP aufgebaut werden kann o Dies geschieht über mehrere Schritte Elektronentransportkette o 4 aufeinander folgende Membranproteinkomplexe, die Elektronen aufnehmen und abgeben können o Dabei laufen die Elektronen wie eine Treppe nach unten o Mit jedem Schritt nach unten, wird eine kleine Menge Energie freigesetzt o Der letzte Membranproteinkomplex überträgt die Elektronen auf den Sauerstoff (0) ➜ dies reagiert zusammen mit Wasserstoff (H₂) zu Wasser (H₂0) Chemiosmotische Kopplung/ Chemiosmose: o Elektrochemischer Protonengradient wird zur ATP-Synthese genutzt o Durch den Transport der H*-Protonen vom Außenraum in den Innenraum, entsteht ein sogenannter Protonengradient o Protonen = H+; Gradient = Konzentrationsunterschied zwischen 2 voneinander getrennten Bereichen (in dem Fall: Außenraum und Innenraum) o Durch die H* Protonen die nach Innen kommen, gibt es Inneren mehr positive Ladungen/Protonen als Außen o Weil die H*-Protonen positiv sind, wollen sie immer zum negativen hin (nach Außen), um diese Ladung auszugleichen o Sie sind aber im Innenraum „gefangen“ und können nur durch ein Kanalprotein (die ATP-Synthase) zurück nach außen gelangen o Wenn die Protonen dann über die ATP-Synthase nach außen kommen, wird Energie erzeugt wird zur Synthese von ATP aus den Edukten ADP + P benutzt Teilgleichung für Wasserstoffspeicher: Prozesse: O NADH+H+ + 0,5 0₂ + 3 ADP + 3 P ⇒ NAD* + H₂O + 3 ATP O FADH₂ + 0,5 O2 + 2 ADP + 2 P → FAD + H₂O + 2 ATP o Hier sieht man, das die Energie der Knallgasreaktion über verschiedene Schritte als ATP frei wird → über 4 Membranproteinkomplexe Zuerst werden die Elektronen der Moleküle NADH+H* und FADH2 über Membranschichten in den Intermembranraum gefördert (chemiosmotische Hypothese) Zu dieser Membran entsteht dabei ein pH-Gradient, welcher besagt, es dass der pH-Wert außen niedriger als drinnen ist Es entsteht ein Membranpotential, welches sagt, dass es außen negativ und innen positiv geladen ist Der Protonengradient wird in dem Molekül ATP-Synthese zur Synthese von ATP verwendet → gleicht sich wieder aus Dabei entstehen pro NADH+H* Molekül 3 ATP und pro FADH₂ Molekül 2 ATP Glucoseabbau ist vollständig abgeschlossen

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