Klar, der menschliche Körper braucht Energie, um zu funktionieren. Deshalb auch dein Energieriegel zwischendurch. Neben der Glykolyse und dem Citratzyklus solltest du noch die Atmungskette kennen.
Wie die funktioniert? Dranbleiben, Energie tanken und gleich mehr wissen. Los geht's!
Als erstes wollen wir klären, was die Atmungskette ist und wo diese stattfindet. Es handelt sich dabei um die letzte Phase des Glucoseabbaus. Sie schließt an die Glykolyse und den darauf folgenden Citratzyklus an.
Dabei ist das Ziel der Atmungskette, die Energie, die während der Glykolyse gespeichert wurde, in ATP umzuwandeln. Kommen wir nun zum Aufbau der Atmungskette. In die innere Membran sind vier verschiedene Zwischenstationen eingebaut, zu denen die Elektronen nacheinander gelangen und von wo aus sie weiter transportiert werden.
Die Zwischenstationen werden Multienzymkomplexe, kurz MEK genannt. Hier in unserem Beispiel sind die MEKs von 1 bis 4 durchnummeriert. Nimmt ein Multienzymkomplex ein Elektron auf, wird er dadurch reduziert. Das Elektron liefert eine Menge Energie, die den Prozess vorantreibt. Im reduzierten Zustand ist der Multienzymkomplex in der Lage, das Elektron an den nächsten Multienzymkomplex abzugeben.
Auf diese Weise entsteht eine Elektronentransportkette. Die Atmungskette beginnt mit den Molekülen NADH plus H plus bzw. FADH2.
Schauen wir uns zuerst an, wie die Reaktionsfolge aussieht, wenn ein NADH plus H plus Molekül als Ausgangssubstrat dient. Das Molekül gelangt zu MEK1, wo es oxidiert wird, sodass NAD plus entsteht und ein Elektron auf MEK1 übertragen wird. Vom dadurch reduzierten MEK1 wird das Elektron von einer Art Shuttle, dem Coenzym Q, auch Ubichinon genannt, abgeholt und auf MEK3 übertragen.
MEK3 wird dadurch ebenfalls reduziert, wodurch das Elektron mit dem nächsten Shuttle, dem Zytochrom C, zum MEK4 transportiert wird. MEK4 ist der letzte Komplex in der Kette. Die Elektronen, die dort ankommen, reagieren mit eingeatmeten Sauerstoffmolekülen, sodass Sauerstoffionen entstehen.
Anschließend reagieren zwei Protonen mit einem Sauerstoffion zu Wasser. Kommen wir zum zweiten Fall, wenn nicht NADH plus H+, sondern FADH2 als Ausgangssubstrat dient. Dieses wird nicht von dem MEK1, sondern vom MEK2. MEK2 aufgenommen.
Von dort wird es ebenfalls mit dem Shuttle Coenzym Q auf den MEK3 und von dort Mittelcytochrom C auf den MEK4 übertragen. Im Prinzip ist dies die gleiche Abfolge wie bei NADH plus H+, nur dass die erste Station eine andere ist. Soweit so easy.
Doch ein bisschen was müssen wir noch besprechen. Das Wichtigste... kommt jetzt. Jedes Mal, wenn ein Multienzymkomplex ein Elektron abgibt, entsteht Energie.
Diese wird dazu genutzt, um Protonen aus dem Inneren des Mitochondriums, also aus der Matrix, durch die innere Membran in den Intermembranraum zu leiten, also in den Raum zwischen der inneren und äußeren Membran. Als Kanal, durch den die Protonen fließen, dienen die Multienzymkomplexe selbst. Genauer gesagt MEK1, MEK3 und MEK4. MEK2 dient nur als Akzeptor für die Elektronen von FADH2 und kann keine Protonen durchschleusen. Dadurch, dass während der Elektronentransportkette ständig Protonen in den Intermembranraum gelangen, entsteht dort ein Überschuss an Protonen, was auch Protonengradient genannt wird.
Natürlicherweise strebt die Zelle auf einen Ausgleich der Konzentration hin. Diese Kraft, die die Protonen zurück ins Innere bewegt, kannst du dir wie ein Wasserrad vorstellen, das durch den Protonenfluss angetrieben wird. Bei diesem Protonenfluss wird Energie frei.
Und diese wird letzten Endes dazu genutzt, um aus ADP und Phosphat das finale ATP zu produzieren. Unser universeller Energieträger wurde hiermit hergestellt und dient dem Körper nun als Kraftstoff für verschiedene Stoffwechselprozesse, zum Beispiel zum Bewegen der Muskeln. Das Ganze wird auch oxidative Phosphorylierung genannt, weil durch die Oxidation von NADH++ und FADH2 am Anfang der Kette die Phosphorylierung von ADP zu ATP am Ende geschehen kann.
Aber warum erfolgt der Prozess eigentlich schrittweise und nicht sofort, sodass aus Wasserstoff und Sauerstoff direkt Wasser wird? Die Antwort ist ganz simpel. Die Reaktion, bei der aus Wasserstoff und Sauerstoff Wasser wird, entspricht der Knallgasreaktion. Wobei extrem viel Energie explosionsartig auf einmal frei wird.
Würde dies in einer Zelle geschehen, wäre das Risiko sehr hoch, dass die Zelle durch diese heftige Reaktion geschädigt wird. Um also langsam und schrittweise Energie zu gewinnen, gibt es die Elektronentransportkette, bei der das gleiche Produkt wie bei der Knallgasreaktion entsteht, aber nicht so viel Energie auf einmal freigesetzt wird. Okay, fassen wir das Wichtigste noch einmal kurz und knapp zusammen. Die Atmungskette besteht aus einer Elektronentransportkette, die dazu dient, schrittweise Energie zu übertragen.
Jede Zwischenstation in dieser Transportkette ist einer von vier Multienzymkomplexen, an denen durch die Elektronen, die dort ankommen und weitergeleitet werden, Redoxreaktionen stattfinden. Zum Schluss werden Elektronen auf Sauerstoff übertragen, wobei Wasser entsteht. Durch die Reduzierung der Multienzymkomplexe wird jedes Mal Energie gewonnen, die wiederum dazu genutzt wird, um Protonen aus der Mitochondrienmatrix in den Intermembranraum zu pumpen. Durch den dort entstehenden Protonengradienten und daraus resultierenden Protonenfluss generiert die ATP-Synthase aus ADP und Phosphat ATP. In der Gesamtbilanz werden durch die Oxidation von Wasserstoff zu Wasser 36 ATP-Moleküle pro Glucosemolekül gewonnen.
Mehr zu diesem spannenden Thema Glykolyse findest du in diesem Video hier links. Mehr zum Zytratzyklus und viele weitere Videos zu diesem Themenkomplex findest du in unserer Playlist. Abonnieren und Video an Freunde teilen freut uns sehr und bis bald.
Mach's mit Energie und ciao!