am Puls Biologie 5, Schulbuch

58 Du weißt bereits, dass in der Atmungskette durch die innere Mitochondrienmembran hin- durch Elektronen in die Mitochondrienmatrix ( k Abb. 19) transportiert werden, wo die Elekt- ronen dann an O 2 übertragen werden ( k Abb. 20). Aber was geschieht mit den Protonen? Sie wer- den beim Elektronentransport durch die Kom- plexe I, III und IV gleichzeitig aus der Matrix in den Intermembranraum gepumpt. Dadurch wer- den die Protonen im Intermembranraum immer mehr, jene in der Matrix immer weniger. Ein Kon- zentrationsgefälle oder Protonengradient ent- steht (in den Chloroplasten passiert dies auf ähnliche Weise, siehe Kapitel zur Fotosynthese). Genau dieses Ungleichgewicht wird nun dazu ausgenutzt, ATP zu gewinnen. Verantwortlich da- für ist ein weiterer Proteinkomplex, der in großer Anzahl in der inneren Mitochondrienmembran vorkommt: die ATP-Synthase. Durch die ATP-Synthase hindurch können die überschüssigen Protonen zurück in die Mitochon­ drienmatrix wandern, und somit das Ungleich- gewicht ausgleichen. Die ATP-Synthase wirkt dabei in etwa so wie ein kleiner Rotationsmotor, der durch die durchströmenden Protonen ange- trieben wird (siehe S. 10). Dabei synthetisiert die ATP-Synthase ATP aus ADP und Phosphat ( k Abb. 21). Durch den Elektro- nentransport ensteht ein Protonengradient Die ATP-Synthase nützt diesen Proto- nengradienten um ATP zu synthetisieren Struktur und Funktion + ADP ATP ATP-Synthase Abb. 21: ATP-Synthase. Dieses Enzym liegt in der inneren Mitochondrienmembran. Die H + -Ionen, die vom Intermembranraum in die Mitochondrienmatrix strömen, treiben die ATP-Synthase an. Der Elektronentransport in der Atmungskette Der Elektronentransport erfolgt von Partnern mit negativerem Redoxpotenzial hin zu positiverem. Sieh dir Abbildung 20 genau an. Die Elektronen von NADH und FADH 2 fließen über Komplex I, II und III zum Komplex IV, der die Elektronen an den Sauerstoff abgibt. Der mit Elektronen bela- dene Sauerstoff nimmt Protonen aus der Umge- bung auf, und reagiert damit zu Wasser. Damit ist die Veratmung von Glukose abge- schlossen. Energiereiche Glukose wurde zu den stabilen, energieärmeren Molekülen Wasser und CO 2 abgebaut. Der Großteil der Energie wird in der Atmungs- kette durch den Abbau von Glukose in der Zellat- mung in Form von ATP freigesetzt. Aber welcher Prozess steckt hinter der Energiefreisetzung? Der Biochemiker Peter Mitchell 1 hatte 1960 die Idee, dass es mit der doppelten Mitochondrien- membran zu tun haben muss. Er vermutete, dass Protonen in den Mitochondrien die ATP-Synthese antreiben. Abb. 20: Atmungskette: Die im NADH und FADH 2 gebundenen Elektronen werden in die innere Mitochondrienmembran eingeschleust. Sie wandern entlang eines Energiegefälles zum Sauerstoff. Zusammen mit Protonen aus der Umgebung entsteht letztlich Wasser. Ubichinon und Cytochrom c sind mobile Proteine in der Membran, die ebenfalls am Elektronentransport beteiligt sind FADH 2 NADH e – e – 2 e – e – e – e – e – FA 2 e – e – Redoxpotenzial (V) 0,8 0,6 0,4 0,2 0,0 –0,4 Cytochrom c Komplex II Komplex I Komplex III Komplex IV Ubichinon O 2 H 2 O + 2H + ½ Die Elektronen wer- den vom NADH und FADH 2 hin zum Sau- erstoff transportiert Die Energieumwandlung in Form von ATP in den Mitochondrien geschieht durch die ATP-Synthase Glossar 1 Peter D. Mitchell: Britischer Biochemiker, 1920–1992. Erhielt 1978 für seine Entdeckung des Mechanismus der ATP-Synthese in den Mitochondrien durch Chemiosmose den Nobelpreis für Chemie. Basiskonzept Struktur und Funktion: Die ATP-Syntha- se ist ein molekulares „Kraftwerk“, das wie ein Rotationsmotor funktioniert. Sie wird von durchströmenden Protonen angetrieben. Nur zu Prüfzweck n – Eigentu des Verlags öbv