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Atmungskette


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Hier eine Vorschau,
wie wir dieses Thema behandeln und wie unsere Eselsbrücken aussehen:

Atmungskette lernen mit den Eselsbrücken von Meditricks.de

Atmungskette

Inhaltliche Einleitung

Die Atmungskette ist einer der wichtigsten Stoffwechselwege in der Biologie. Dieser Stoffwechselweg ist der Grund, warum wir atmen, warum wir Sauerstoff zum Leben brauchen. Er ist die Lebensgrundlage von Bakterien und Menschen zugleich. In diesem Stoffwechselweg wird Sauerstoff für einen großen Teil unserer ATP-Gewinnung genutzt.

Für den Kontext, schau dir die Stoffwechsel-Stadt vorher an!

Basiswissen

  • Atmungskette: kataboler > anaboler Stoffwechselweg

    Windpark: katastrophaler Sturm > angenehmer, blauer Himmel

    Die Atmungskette ist ein evolutionsbiologisch alter Stoffwechselweg, welcher der Energiegewinnung dient (Windpark). Er ist vornehmlich ein kataboler Stoffwechselweg (katastrophaler Sturm), hat aber anabole Anteile (kleiner, angenehm blauer Himmelsfleck). Die Atmungskette ist zwar zu einem gewissen Grad daueraktiv, wird aber bei Energiemangel hochreguliert (genau so wie der Katabolismus).

  • Schritt 1: Elektroneneinspeisung (von H-Atomen) in Atmungskette

    Nadel & Faden bringen 2-Haar-Helferlein

    Grob besteht die Energiegewinnung der Atmungskette aus vier Schritten. Schritt 1: Elektronen werden in die Atmungskette eingespeist. Gebracht werden die Elektronen von Elektronenträgern, welche die Elektronen anhand von H-Atomen transportieren: Im Stoffwechsel sind die wichtigsten Elektronenträger NADH + H+ (reduzierte Nadel + 2-Haar-Helferlein) und FADH2 (reduzierte Fadenspule + 2-Haar-Helferlein). Sie bekommen ihre Elektronen wiederum aus den katabolen Stoffwechselvorgängen wie bspw. der Beta-Oxidation, Glykolyse und Pyruvat-Dehydrogenase-Reaktion.

  • Schritt 2: Elektronenstrom entlang 4 Proteinkomplexen

    Transport entlang 4 großer Türme

    Der 2. Schritt der Energieproduktion: Die eingebrachten Elektronen strömen entlang einer Kette von 4 riesigen Protein-Komplexen mit ihren Coenzymen (4 Türme mit Helfern). Dieser Elektronenstrom gleicht einem elektrischen Strom (wie aus der Steckdose) und wird zum Betreiben der Enzymkomplexe verwendet. Der Strom erfolgt durch eine Abfolge an Redoxreaktionen. Die Atmungskette wird auch Elektronen-Transport-Kette genannt. Die Nomenklatur der beteiligten Enzym-Komplexe folgt der Logik dieses Elektronentransports: 1. Teil: Molekül, von dem die H-Atome bzw. Elektronen stammen 2. Teil: Molekül, auf die sie übertragen werden 3. Teil: Enzymfunktion

  • Schritt 3: Strom → Protonen in Intermembranraum

    Protonen werden in Zwischenzaunbereich gepumpt

    3. Schritt der Energieproduktion: Der Strom der Elektronen setzt eben die Energie frei, welche von Enzymkomplexen verbraucht wird, um Protonen gegen ihren „Willen” in den Intermembranraum der Mitochondrien zu pumpen (pumpen = aktiver = energieaufwendiger Transport).

  • Schritt 3: Protonenüberschuss im Intermembranraum

    Zahlreiche positive Protonen im Zwischenzaunbereich

    "Gegen den Willen" der Protonen ist es deshalb, weil im Intermembranraum des Mitochondriums ein Protonenüberschuss besteht (H+). Dieser Protonenüberschuss erzeugt eine Potentialdifferenz zum Matrixraum (Matrix = "Zytosol des Mitochondriums"). Diese Potentialdifferenz ist schließlich die treibende Kraft für die ATP-Synthase. Im Zwischenzaunraum platzen die Protonen fast vor Freude, um dir die Energie dieser Potentialdifferenz klarzumachen - kein Wunder bei so viel hoher Spannung unter nur positiven Ladungen.

  • ...

Expertenwissen

  • Energ. 4: Schließt Knallgasreaktion ab

    "KNALL" am IV. Turm, Wassertropfen am Turm

    4. Schritt Energieproduktion: Formal gesehen wird ATP im letzten Schritt in einer Knallgas-Reaktion gewonnen, d.h. bei einer Reaktion von Wasserstoff und Sauerstoff zu Wasser. Jedoch würde dieser stark exotherme Prozess Zellen zerstören. Er findet daher über einige Schritte der Atmungskette verteilt statt. Beim vierten Komplex ist die Knallgas-Reaktion komplett.

  • Rkt V: ATP-Synthase hat 2 Untereinheiten - FO in Membran, F1 in Matrix

    Turm im Zaun, Windrad oben Richtung Innenraum

    In der ATP-Synthase wird schließlich ATP/Energie erzeugt (Kraftwerksturbine). Sie besteht aus zwei Teilen, dem FO- und dem F1-Anteil. Der F1-Teil ist in der Matrix, der FO-Teil in der Membran (Zaun). Aus historischen Gründen heißt es O wie Otto und meint nicht die Zahl Null. Der Komplex 5 ist als Windrad dargestellt, weil der Proteinkomplex tatsächlich so ähnlich aussieht wie ein Windrad.

  • Rkt V: F1 hat 5 Untereinheiten

    Windrad mit 5 Schaufeln

    Der F1-Teil der ATP-Synthase hat 5 unterschiedliche Untereinheiten. Wichtig: Diese UE kommen zum Teil mehrfach vor!

  • ...

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