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ATP-Synthese in Mitochondrien

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Zusammenfassung

Im Citratzyklus und bei der Fettsäureoxidation entstehen NADH und enzymgebundenes FADH2, die in einer stark exergonischen Reaktion Sauerstoff zu Wasser reduzieren können:

NADH + H+ + ½ O2 → NAD+ + H2O

FADH2 + ½ O2 → FAD + H2O

Die enzymkatalysierte Übertragung der Elektronen von NADH und FADH2 auf O2 verläuft über die mehrstufige, in der inneren Mitochondrienmembran ablaufende Atmungskette. In der damit gekoppelten oxidativen Phosphorylierung wird die bei diesen Redoxreaktionen frei werdende Energie (∆G0’= -219 kJ/mol) für die Synthese von ATP aus ADP und Pi genutzt. Die freiwerdende Energie entspricht derjenigen der Knallgasreaktion, die sehr rasch und daher mit Knall abläuft!

H2 + ½ O2 → H2O  ∆G0’= -242 kJ/mol

Eine Reihe hintereinander geschalteter Elektronenüberträger (Flavoproteine, FeS-Zentren, Ubichinon und Cytochrome transferiert die Elektronen von NADH oder FADH2 auf O2. Mit der dabei freigesetzten Energie werden H+-Ionen aus der Matrix in den Intermembranalraum der Mitochondrien gepumpt: Die H+-Konzentration außerhalb der inneren Membran wird höher als in der Matrix. Das Zurückfließen von H+ in Richtung des Konzentrationsgefälles ist gekoppelt mit der Synthese von ATP durch die ATP-Synthase der inneren Mitochondrienmembran (chemiosmotischer Mechanismus der oxidativen Phosphorylierung: 3 mol ATP/ mol NADH): Mitochondrien, die Kraftwerke der Zelle! Gewisse Giftstoffe, z.B. Cyanid, blockieren den Elektronentransport und damit die ATP-Synthese.

Copyright information

© Springer-Verlag Berlin Heidelberg 2016

Authors and Affiliations

  1. 1.Biochemisches InstitutUniversität ZürichZürichSchweiz
  2. 2.Paul Scherrer InstitutVilligenSchweiz

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