Chemie begreifen, Schulbuch

2 e -- + 2 H + 2 H + H + 2 e -- + 2 H + (entsprecheninderSummeeinemH 2 -Molekül) H + pH sinkt außen pH steigt innen innere Mitochondrien- membran 2 e -- + 2 H + + 1 / 2 O 2 H 2 O c) b) a) e) d) b) AH 2 A Für besonders Interessierte Das Wichtigste Q4 198 Je näher Elektronen beim Atomkern einge- baut werden können (je kleiner das Atom und je größer seine Elektronegativität ist), desto stärker ist das Oxidationsmittel. Beispiel: F 2 > Cl 2 > Br 2 > I 2 Je weiter die abtrennbaren Elektronen vom Atomkern entfernt sind (je energiereicher die Elektronen sind), desto stärker ist das Reduk- tionsmittel. Beispiel: I – > Br – > Cl – > F – Je stärker ein Reduktionsmittel 1 (Oxida- tionsmittel 1 ) ist, desto schwächer ist das konjugierte Oxidationsmittel 1 (Reduktions- mittel 1 ). Bei biochemischen Reaktionen werden oft Elektronen und Protonen gemeinsam übertragen. Ein wichtiges Beispiel dafür ist die Atmung, die in vielerlei Hinsicht der Knallgasreaktion ähnlich ist. Die Wasserstoffatome liegen allerdings nicht als H 2 -Moleküle vor, sondern sind an Kohlenstoff- atome gebunden, wie zB in der Glucose. In den Mitochondrien – den Kraftwerken der Zelle – führt die Reaktion der Wasserstoffatome mit den Sauerstoffatomen zu einer getrennten Elek- tronen- und Protonenwanderung: Ein Trägermolekül AH 2 bringt zwei Protonen zusammen mit zwei Elektronen (die aus der Glucose stammen) an die Innenseite der inneren Mitochondrien- membran (a). Dort sind Proteinkomplexe eingebaut, die die Protonen und Elektronen über- nehmen: Die Protonen werden nach außen abgegeben, und die Elektronen werden in der Membran über verschiedene Proteine weitergeleitet (b). Zuletzt reagieren die Elektronen an der Innenseite der Membran mit Protonen und Sauerstoffatomen aus der Atemluft zu Wasser (c). Dieser Prozess besitzt große Triebkraft und führt dazu, dass innerhalb des Mitochondriums H + -Ionen verbraucht werden. Der äußere Überschuss an Protonen und ihr ständiger Verbrauch durch die Atmung bewirken, dass sie bestrebt sind, in das Innere des Mitochondriums einzudringen. Weil die Membran für alle Ionen undurchlässig ist, müssen die Protonen zwei vorgegebene Wege benützen: 1. Der Protonenstrom fließt durch ein Protein, das als »Synthesemaschine« für das Energie- speichermolekül ATP (Näheres bei W5) wirkt (d). 2. Durch Hormone gesteuert kann die Membran für Protonen durchlässig werden. Dieser Vorgang erzeugt Wärme und dient der Aufrechterhaltung der Körpertemperatur (e). ATP- Erzeugung (d) Transportsystem für 2 Protonen und 2 Elektronen (a) Je schwächer ein Reduktionsmittel 1 (Oxidationsmittel 1 ) ist, desto stärker muss das reagierende Oxidationsmittel 2 (Reduktionsmittel 2 ) sein, damit die Redoxreaktion Triebkraft besitzt. Verbraucht eine Redoxreaktion Protonen, so wird sie durch Säuren (durch einen niedrigen pH-Wert) begünstigt. Entstehen bei einer Redoxreaktion Protonen, so wird sie durch Basen (durch einen hohen pH-Wert) begünstigt. Wärme- erzeugung (e) 2e – + 2H + ( reche in der Summe einem H 2 -Molekül) Nur zu Prüfzwecken – Eigentum des Verlags öbv