Oxidative Decarboxylierung und Citratzyklus

Die oxidative Decarboxylierung findet in der Mitochondrienmatrix statt und dient der Aktivierung von Pyruvat und der Abspaltung von CO2.

Definition: Oxidative Decarboxylierung ist der Prozess, bei dem Pyruvat zu Acetyl-CoA umgewandelt wird, wobei CO2 abgespalten und NAD+ zu NADH reduziert wird.

Der Prozess läuft in mehreren Schritten ab:

1. Pyruvat gelangt über Carrier in die Mitochondrienmatrix.
2. CO2 wird von Pyruvat abgespalten (Decarboxylierung).
3. Coenzym-A bindet an das C2-Molekül.
4. Pyruvat wird oxidiert, während NAD+ zu NADH+H+ reduziert wird.

Highlight: Bei der oxidativen Decarboxylierung wird kein ATP verbraucht oder gewonnen.

Die Gesamtbilanz der oxidativen Decarboxylierung lautet: 2 C3H4O3 + 2 NAD+ + 2 CoA-SH → 2 Acetyl-CoA + 2 NADH + H+ + 2 CO2

Der Citratzyklus, auch als Krebs-Zyklus bekannt, findet ebenfalls in der Mitochondrienmatrix statt.

Vocabulary: Der Citratzyklus ist ein zyklischer Prozess, bei dem Acetyl-CoA vollständig zu CO2 oxidiert wird, wobei Reduktionsäquivalente und ATP entstehen.

Der Citratzyklus beginnt mit der Übertragung der C2-Einheit von Acetyl-CoA auf Oxalacetat, wodurch Citrat entsteht. In den folgenden Schritten werden zwei CO2-Moleküle abgespalten, Reduktionsäquivalente (NADH und FADH2) gebildet und ATP produziert.

Example: Ein wichtiger Schritt im Citratzyklus ist die Umwandlung von α-Ketoglutarat zu Succinyl-CoA, bei der CO2 abgespalten und NAD+ zu NADH+H+ reduziert wird.

Die Gesamtbilanz des Citratzyklus für zwei Acetyl-CoA-Moleküle lautet: 2 Acetyl-CoA + 6 NAD+ + 2 ADP + 2 P + 2 FAD + 6H2O → 4 CO2 + 6 NADH + H+ + 2 ATP + 2 FADH2 + 2 CoA-SH

Atmungskette und Gesamtbilanz der Zellatmung

Die Atmungskette ist der letzte Schritt der Zellatmung und findet in der inneren Mitochondrienmembran statt. Hier wird die in den Reduktionsäquivalenten (NADH und FADH2) gespeicherte Energie zur ATP-Synthese genutzt.

Definition: Die Atmungskette ist eine Reihe von Elektronentransportprozessen, bei denen Elektronen von NADH und FADH2 über verschiedene Komplexe auf Sauerstoff übertragen werden, wobei ein Protonengradient aufgebaut wird.

Die Atmungskette besteht aus vier Hauptkomplexen und der ATP-Synthase:

1. Komplex I: Oxidation von NADH zu NAD+ und Protonentransport
2. Komplex II: Oxidation von FADH2 zu FAD (kein Protonentransport)
3. Komplex III: Protonentransport
4. Komplex IV: Protonentransport und Übertragung von Elektronen auf Sauerstoff
5. ATP-Synthase: Nutzung des Protonengradienten zur ATP-Produktion

Highlight: Der durch die Atmungskette aufgebaute Protonengradient treibt die ATP-Synthase an, die ADP und Phosphat zu ATP verbindet.

Die Gesamtbilanz der Atmungskette lautet: 10 NADH+H+ + 2 FADH2 + 34 ADP + P + O2 → 34 ATP + 12 H2O + 10 NAD+ + 2 FAD

Vocabulary: Ubichinon und Cytochrom C sind bewegliche Elektronenüberträger in der Atmungskette.

Die Gesamtbilanz der Zellatmung zeigt die beeindruckende Energieausbeute dieses Prozesses. Aus einem Glucose-Molekül werden insgesamt 38 ATP-Moleküle gewonnen, was die Effizienz der Zellatmung unterstreicht.

Example: In der Glykolyse werden 2 ATP produziert, im Citratzyklus 2 ATP, und in der Atmungskette werden die restlichen 34 ATP erzeugt, was die Bedeutung der Atmungskette für die Energiegewinnung verdeutlicht.

Die Zellatmung ist somit ein komplexer, aber äußerst effizienter Prozess zur Energiegewinnung in Zellen, der es Organismen ermöglicht, die in der Nahrung gespeicherte chemische Energie optimal zu nutzen.