4.2.3 Endoxidation (aerobe Atmungskette)

Die Endoxidation findet stets ans Membranstrukturen statt. Bei eukaryontischen Dissimilierern ist das die innere Mitochondrienmembran, cytoplasmatische Membranstrukturen bei Prokaryonten. Von den H-beladenen Coenzymen werden die H-Atome an der Membran über eine Kette von Überträgerproteinen bis zum O₂ transportiert (ab den Cytochromen zunächst nur die Elektronen). Dort kommt es zunächst zur Reaktion der Elektronen:

0,5O₂ + 2e^- → O^2- (Oxid-Ion)

bzw.

O² + 4e^- → 2O^2-.

Die Elektronen stammen aus 1 bzw. 2 NADH/H⁺. Die Oxid-Ionen reagieren mit den Protonen in der biologischen Knallgasreaktion zu Wasser:

2O^2- + 4H⁺ → 2H₂O

Die hierbei benötigten H⁺-Ionen stammen ebenfalls aus NADH/H⁺. Pro O₂-Molekül müssen also 4 H-Atome die Atmungskette durchlaufen. Es können während der Atmungkette folgende Schritte differenziert werden:

• 1. Schritt:

NADH/H⁺ + Flavoprotein → H-beladenes Flavoprotein + NAD⁺ + ATP

• 2. Schritt:

H-beladenes Flavoprotein + Q[1] → QH²[2] + Flavoprotein

Die nun folgenden Überträgerproteine heißen Cytochrome. Ab ihnen werden nur noch Elektronen übertragen. Die H⁺ bleiben gelöst. Jedes Cytochrommolekül hat ein zentrales Fe₃⁺-Ion, das nur 1e^- aufnehmen kann. Daher werden immer zwei Cytochrommoleküle für jeden Übertragungsschritt benötigt.

• 3. Schritt:

QH₂ + 2 Cytochrom b (2Fe³⁺) → Q + 2H⁺ + 2 Cytochrom b (Fe²⁺)

• 4. Schritt:

2 Cytochrom b (2Fe²⁺) + 2 Cytochrom c (2Fe³⁺) → 2 Cytochrom b (2Fe³⁺) + 2 Cytochrom c (2Fe²⁺)

• 5. Schritt:

2 Cytochrom b (2Fe²⁺) + Cytochromoxidase (2Fe³⁺) → 2Cytochrom c (2Fe³⁺) + Cytochromoxidase (Fe²⁺) + ATP

• 6. Schritt:

Cytochromoxidase (2Fe³⁺) + 0,5O₂ → Cytochromoxidase (2Fe³⁺) + O^2- + ATP

• 7. Schritt:

O^2- + 2H⁺ → H₂O

Organismen, die diesen Weg der Energiegewinnung durchführen, betreiben Dissimilation oder Zellatmung. Sie ist also die Umwandlung von (i. d. R.) Glucose und Sauerstoff zu Wasser und Kohlenstoffdioxid:

C₆H₁₂O₆ + 6O₂ → 6CO₂ + 6H₂O

Dissimilierer sind z. B. Bakterien, einzellige Tiere und Pflanzen (sie betreiben sowohl Dissimilation als auch Assimilation bzw. Photosynthese).

Abb. 25: Endoxidation bei der aeroben Atmungskette

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[1]: Quinon

[2]: Hydroquinon