Citratzyklus und oxidative Phosphorylierung
Citratzyklus und oxidative Phosphorylierung
Citratzyklus und oxidative Phosphorylierung
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<strong>Citratzyklus</strong> <strong>und</strong> <strong>oxidative</strong><br />
<strong>Phosphorylierung</strong>
ATP (Adenosintriphosphat<br />
( Adenosintriphosphat)<br />
Universeller Energieträger<br />
Enthält 2 energiereiche<br />
Bindungen<br />
ATP-Gewinnung:<br />
- Substratketten-<br />
phosphorylierung<br />
- Atmungsketten-<br />
phosphorylierung
Katabole Stoffwechselwege als Energielieferanten<br />
Glukose<br />
Glykolyse<br />
Palmitoyl-CoA<br />
2 Pyruvat + 2 (NADH + H + ) + 2 ATP β-Oxidation<br />
8 Acetyl-CoA + 7 (NADH + H + )<br />
+ 7 FADH 2
Ziele:<br />
Vollständiger Abbau des Kohlenstoffgerüstes<br />
Energiegewinnung
Mitochondrien als Ort der Energiegewinnung<br />
Endosymbiontenhypothese<br />
Eigene ringförmige DNA<br />
Transkription & Translation nach prokaryontischem Muster
Abbau des Kohlenstoffgerüstes I<br />
Pyruvat<br />
C3 �� C2
Pyruvat-Dehydrogenase<br />
Pyruvat Dehydrogenase-Reaktion Reaktion<br />
<strong>oxidative</strong> Decarboxylierung von Pyruvat<br />
Summenformel:<br />
Pyruvat + CoA + NAD + � Acetyl-CoA + CO2 + NADH + H +<br />
stark exergon, deshalb irreversibel<br />
in der Mitochondrien-Matrix<br />
Katalysiert durch den Multienzym-Komplex der Pyruvatdehydrogenase<br />
(abhängig von Thiaminpyrophosphat, FAD, CoA-SH)
Katabole Stoffwechselwege als Energielieferanten<br />
Glukose<br />
Glykolyse<br />
Palmitoyl-CoA<br />
2 Pyruvat + 2 (NADH + H + ) + 2 ATP β-Oxidation<br />
Pyruvat-DH<br />
2 Acetyl-CoA + 2 (NADH + H + )<br />
8 Acetyl-CoA + 7 (NADH + H + )<br />
+ 7 FADH 2
Abbau des Kohlenstoffgerüstes II<br />
Acetyl-CoA Acetyl CoA<br />
C2 �� C1
<strong>Citratzyklus</strong><br />
Auch Krebs-Zyklus, Tricarbonsäure-Zyklus, TCA-Zyklus<br />
In der Mitochondrien-Matrix<br />
Vollständiger <strong>oxidative</strong>r Abbau von Acetyl-CoA<br />
= katabole Funktion des <strong>Citratzyklus</strong><br />
Summenformel:<br />
Acetyl-CoA + 2 H2O + FAD + 3 NAD + + GDP + Pi �<br />
2 CO2 + CoA-SH + FADH2 + 3NADH + 3H + + GTP
<strong>Citratzyklus</strong><br />
3 Phasen:<br />
Citrat-Synthese aus<br />
Acetyl-CoA + Oxalacetat<br />
Oxidativer Abbau<br />
von Citrat zu Succinat<br />
Regeneration von<br />
Oxalacetat
<strong>Citratzyklus</strong><br />
Alle Zwischenprodukte des <strong>Citratzyklus</strong><br />
liegen in niedrigen Konzentrationen vor<br />
(10 -5 –10 -4 mol/l)
<strong>Citratzyklus</strong><br />
Zwischenprodukte des<br />
<strong>Citratzyklus</strong> dienen als<br />
Ausgangssubstanzen<br />
für Biosynthesen<br />
= anabole Funktion<br />
Notwendigkeit von<br />
anaplerotischen<br />
Reaktionen<br />
(= Auffüllreaktionen)
Katabole Stoffwechselwege als Energielieferanten<br />
Glukose<br />
Glykolyse<br />
Palmitoyl-CoA<br />
2 Pyruvat + 2 (NADH + H + ) + 2 ATP β-Oxidation<br />
Pyruvat-DH<br />
2 Acetyl-CoA + 2 (NADH + H + )<br />
<strong>Citratzyklus</strong><br />
4 CO2 + 6 (NADH + H + ) + 2 GTP<br />
+ 2 FADH2 + 2 CoA<br />
8 Acetyl-CoA + 7 (NADH + H + )<br />
+ 7 FADH 2<br />
16 CO2 + 24 (NADH + H + ) + 8 GTP<br />
+ 8 FADH2 + 8 CoA
Oxidative <strong>Phosphorylierung</strong><br />
Beseitigung der im katabolen Stoffwechsel gebildeten<br />
Reduktionsäquivalente durch Übertragung auf O2 Eo ‘(NAD + /NADH) = -0,32 V<br />
Eo ‘(O2 /H2O) = 0,82 V<br />
NADH + H + + ½ O2 ���� NAD + + H2O (Knallgasreaktion, ∆Go' = -235 kJ/mol, ∆Eo' = 1,14V)<br />
Energiegewinnung (ATP-Synthese)
Oxidative <strong>Phosphorylierung</strong><br />
"Entschärfung der Knallgasreaktion„<br />
durch stufenweise Übertragung von<br />
Reduktionsäquivalenten auf Sauerstoff<br />
in der ATMUNGSKETTE<br />
4 Multiproteinkomplexe<br />
Ubichinon <strong>und</strong><br />
Cytochrom C als Transporter<br />
zwischen den Komplexen<br />
Ort: Innere Mitochondrienmembran
Oxidative <strong>Phosphorylierung</strong><br />
Chemiosmotische Hypothese:<br />
Primäre Energiekonservierung in<br />
Form eines Protonengradienten<br />
über die innere Mitochondrienmembran<br />
("energetisierte Membran")
Oxidative <strong>Phosphorylierung</strong><br />
ATP-Synthese durch Nutzung<br />
der beim Abbau des Protonengradienten<br />
freiwerdenden<br />
Energie<br />
F 0 /F 1 -ATPase (Komplex V)<br />
P/O-Quotient:<br />
Verh. von Phosphateinbau in ATP<br />
relativ zum O-Verbrauch<br />
für NADH + H + : ca. 2,5 ATP<br />
für FADH2 : ca. 1,5 ATP
Katabole Stoffwechselwege als Energielieferanten<br />
Glukose<br />
Glykolyse<br />
Palmitoyl-CoA<br />
2 Pyruvat + 2 (NADH + H + ) + 2 ATP β-Oxidation<br />
Pyruvat-DH<br />
2 Acetyl-CoA + 2 (NADH + H + )<br />
<strong>Citratzyklus</strong><br />
4 CO2 + 6 (NADH + H + ) + 2 GTP<br />
+ 2 FADH2 + 2 CoA<br />
28 ATP<br />
(87,5%)<br />
<strong>oxidative</strong><br />
Phosph.<br />
8 Acetyl-CoA + 7 (NADH + H + )<br />
+ 7 FADH 2<br />
16 CO2 + 24 (NADH + H + ) + 8 GTP<br />
+ 8 FADH2 + 8 CoA<br />
100 ATP<br />
(92,6%)
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