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Erschienen in:
2016 | OriginalPaper | Buchkapitel
15. ATP-Synthese in Mitochondrien
verfasst von : Philipp Christen, Rolf Jaussi, Roger Benoit
Erschienen in: Biochemie und Molekularbiologie
Verlag: Springer Berlin Heidelberg
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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.