Atmungskette Problem?
Hallo liebe Community,
Undzwar geht es um die Atmungskette und oxidative Phosphorylierung. Ich habe zwei Unklarheiten:
Ich habe jetzt auf verschiedenen Quellen immer wieder verschiedene Angaben zur Anzahl entstehender ATP-Moleküle bei der Atmungskette und oxidativen Phophorylierung gesehen. Einmal 28, 32, wobei hier bereits 2 ATP-Moleküle für den aktiven Transport von NADH+H+ ins Mitochondrium abgezogen wurden (, was ich leider nicht so ganz verstehe; wieso Transport ins Mitochondrium? Die Reduktionsäquivalente entstehen doch schon darin) und 34, wie es in meinem Schulbuch steht. Welches stimmt jetzt, und mit welchem arbeiten man eher? Die 28 kommen ja glaube ich durch das Rechnen mit unvollständigen Teilchen, also Bruchzahlen als stöchiometrischer Koeffizient. 2. Wie können wir überhaupt berechnen, wie viele ATP-Moleküle je ein Reduktionsäquivalent entstehen? Die Energie zur ATP Synthese aus ADP und Pi wird ja aus der freigesetzten Energie der ATP-Synthase gewonnen. Jedoch ist mir nicht bekannt, wieviele Protonen eines Reduktionsäquivalent genau gebraucht werden, um die Energie für die Herstellung eins ATP-Moleküls zu gewinnen...
Ich hoffe, jemand könnte mir helfen! Ich würde es sehr schätzen!!
Liebe Grüße
1 Antwort
Hallo,
die Angaben schwanken, weil es z.B. nicht ganz klar ist, wie viele Protonen durch die ATP-Synthase fließen müssen, um 1 ATP zu erzeugen. Da es verschiedene ATP-Synthasekonstruktionstypen gibt. Deren Untereinheiten etwas voneinander abweichen. So dass die Zahl der benötigten Protonen zwischen 2,7 und 3,3 pro ATP liegen kann.
Die ATP-Synthase von uns Säugetieren ist am effizientesten und braucht ca. 2,7 Protonen pro ATP. Das wird in der Literatur allerdings gern auf 3 Protonen pro ATP aufgerundet.
Die Frage ist nun, wie viele Protonen werden durch die innere Mitochondrienmembran gepumpt, wenn 1 NADH+H+ seine Elektronen in die Elektronentransportkette entlädt? So dass sie anschließend durch die ATP-Synthase zurückfließen können, um sich an der ATP-Erzeugung zu beteiligen. Die in der Literatur am meisten verwendeten Werte sind, dass
- 1 NADH+H+ 2,5 ATP erzeugen kann und
- 1 FADH2 1,5 ATP erzeugen kann
Es gibt aber Schulbücher, die z.B. für beides 2 ATP annehmen und schon kommt es zu unterschiedlichen ATP-Ausbeuten.
wobei hier bereits 2 ATP-Moleküle für den aktiven Transport von NADH+H+ ins Mitochondrium abgezogen wurden (, was ich leider nicht so ganz verstehe; wieso Transport ins Mitochondrium? Die Reduktionsäquivalente entstehen doch schon darin)
2 NADH+H+ entstehen extern bei der Glykolyse im Zytoplasma und müssen erst in das Mitochondrium gelangen. Für die externen NADH+H+ legt man einen Wert von
- 1 NADH+H+ 1,5 ATP
zugrunde. Auch das wird in Schulbüchern oft nicht getrennt. So dass die ATP-Ausbeute wiederum etwas schwanken kann.
Jetzt hat man eigentlich alle Angaben, um die ATP-Ausbeute des Abbaus von Glucose zu berechnen, die bei ca. 30 ATP liegt.
Ich habe jetzt auf verschiedenen Quellen immer wieder verschiedene Angaben zur Anzahl entstehender ATP-Moleküle bei der Atmungskette und oxidativen Phophorylierung gesehen. Einmal 28, 32, ... und 34, wie es in meinem Schulbuch steht.
Man muss natürlich beachten, worauf man sich bezieht. Wenn man nur die oxidative Phosphorylierung betrachtet, sind es 26 von 30 ATP.
Die Angabe "32" oder 34" wird sich also wahrscheinlich auf den gesamten Abbau der Glucose beziehen. Glykolyse + oxidative Decarboxylierung + Citratzyklus + oxidative Phosphorylierung (Atmungskette).
Ich habe mich nich etwas informiert und weiß nun, dass die 10H+ für die Anzahl an in den Intermembranraum gepumpten Protonen stehen pro NADH+H+ - Molekül (bei Komplexen 1,3 und 4) steht. Doch worauf beziehen sich die 4H+? Etwa die Anzahl benötigter Protonen zur Synthese eines Moleküls? Abder die läge doch höchstens bei 3?
ja genau, die Komplexe 1, 3 und 4 der Atmungskette pumpen 4, 4 und 2 Protonen (insgesamt 10 H+ pro 1 NADH+H+) über die innere Mitochondrienmembran.
Bei FADH2 ist Komplex 1 nicht beteiligt. Daher sind es beim FADH2 nur 4 + 2 = 6 H+. So kommt das Verhältnis 6/4 = 1,5 ATP zustande. Und 10/4 = 2,5 ATP beim NADH+H+.
ja richtig, 3 ist die Anzahl der benötigten Protonen für 1 ATP bei der ATP-Synthase. Jedoch wird beim Transport des Pi (des anorganischen Phosphats für das ADP, inorganic phosphate) in die Mitochondrienmatrix noch 1 zusätzliches H+ durch die Membran bewegt, welches man in die Rechnung einfließen lässt.
So dass man sagt, dass es statt 3 H+, 4 H+ für 1 ATP sind und bei bewegten 10 H+ pro Elektronenpaar eines NADH+H+, 10/4 = 2,5 ATP entstehen.
Das Elektronenpaar, das durch die Elektronentransportkette der Atmungskette, einem exergonen Energiegefälle folgend, auf Sauerstoff übertragen wird, was die H+-Pumpen der Atmungskette antreibt, bewegt 10 H+ über die innere Mitochondrienmembran, so dass pro NADH+H+ 10/4 = 2,5 ATP gebildet werden. Beim FADH2 6/4 = 1,5 ATP.
Das Übertragen der Elektronen auf Sauerstoff zu Wasser (H2O) ist als Knallgasreaktion bekannt. Es ist eine explosive Reaktion, die spontan und freiwillig verläuft (exergon). Die Mitochondrien haben die Knallgasreaktion geschickt auf diverse Redoxsystem der Atmungskette aufgeteilt und sie damit unter physiologischen Bedingungen in das Milieu einer Zelle integriert. Das dürfte eine unbekannte Zahl von Nobelpreisen wert sein. Denn es ermöglichte erst modernes Leben, wie wir es kennen.
Da es die Ausbeute an ATP aus 1 Glucose von 2 ATP in der Glykolyse, auf die 15-fache ATP Menge anhob (30 ATP) maßgeblich durch die oxidative Phosphorylierung (Atmungskette), in der allein 26 ATP herausgeholt werden.
Das ist der Grund weshalb wir herumspringen, laufen, klettern, schwimmen u.s.w. sogar denken, denn das Gehirn verbraucht jeden Tag ca. 100 Gramm so viel wie eine Tafel Schokolade an reiner Glucose.
Unser Körper hat eine ganze Infrastruktur für die Mitochondrien entwickelt. Alle Adern des Körpers versorgen die Gewebe und damit exklusiv die Mitochondrien mit Sauerstoff für die ATP-Bildung in den Atmungsketten. Selbst die Lungen dienen den Mitochondrien. Da sie das Blut laufend mit frischem Luftsauerstoff beladen. Wir merken also mit jedem Atemzug wie wichtig dieser Teil des Stoffwechsels ist, den du grad als Thema hast.
Vielen lieben Dank!, Da du dich gut auszukennen scheinst, hätte ich leider gleich noch eine Frage:
1. In einer Schulpräsentation habe ich ebenfalls die Werte 2,5 und 1,5 ATP jeweils für die beiden Reduktionsäquivalente kennengelernt, begründet mit folgender Berechnung:
10H+ / 4H+ = 2,5 ATP
Jedoch kann ich diese Rechnung leider nicht ganz nachvollziehen. Auf welche Werte beziehen sich die Zahlen?