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Schematische Darstellung der Atmungskette mit den Komplexen , sowie der ATP-Synthase in der inneren Membran der Mitochondrien. Die Elektronen werden über Coenzym Q, zum Komplex III und weiter über Cytochrom c zum Komplex IV transportiert, wo sie in der Atmmungskette Sauerstoff zu Wasser reduzieren.
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Durch NADH, FMNH2 und FADH2 angelieferte Elektronen werden in einer Reihe von Redoxvorgängen in der Atmungskette auf ein Oxidationsmittel übertragen. So wird – insbesondere bei Eukaryoten – die exergonische Verbindung von Wasserstoff und Sauerstoff zu Wasser in der Atmungskette in Einzelschritte aufgeteilt. Die an die Wasserstoff- und Elektronenüberträger NADH und FADH2 gebundenen Elektronen und der daran gebundene Wasserstoff entstammen der Oxidation externer Elektronendonatoren, etwa – mittels des Citratzyklus – dem Abbau von Fettsäuren und der Glykolyse. Bei Eukaryoten befindet sich die Atmungskette in der inneren Membran der Mitochondrien, bei Prokaryoten in der Zellmembran.
Dort kommen auch andere Elektronendonatoren als Fette und Zucker sowie andere Elektronenakzeptoren als Sauerstoff vor.
Atmungskette als Elektronentransportkette
1 Definition
Die Atmungskette ist der gemeinsame Weg, über den alle aus den verschiedensten Nährstoffen der Zelle stammenden Elektronen auf Sauerstoff übertragen werden. Aus dem Elektronentransport über die Atmungskette erzielt die Zelle ihren größten Energiegewinn, den ihr die verschiedensten Oxidationen einbringen – denn die Elektronen besitzen, wenn sie in die Atmungskette einfließen, einen relativ hohen Energiegehalt.
2 Reaktionsfolgen
Die Elektronen von NADH und FADred werden in der Atmungskette zunächst auf den gemeinsamen Akzeptor Coenzym Q und dann weiter auf eine Sequenz von Cytochromen übertragen. Sie sind rot gefärbt und ähneln in ihrer Struktur den sauerstoffübertragenden Hämoglobin in den Erythrozyten. In jedem Cytochrom-Molekül kann das Eisen in seiner zweiwertigen Form oder in der dreiwertigen Form existieren. So kann das Cytochrom-Molekül in seiner FeIII-Form durch Aufnahme eines Elektrons in den reduzierten Zustand FeII überführt werden.
Der Elektronentransport über die Atmungskette läßt sich in einer Sequenz aufeinanderfolgender Reaktionen beschreiben, die durch gemeinsame Zwischenprodukte miteinander verbunden sind. Für jedes Wasserstoffatompaar, das durch jeden der vier Dehydrierungsschritte im Citratzyklus gewonnen wurde und zu einem Paar H+-Ionen wird, fließt ein Elektronenpaar in die Atmungskette und reduziert am Ende ein Atom Sauerstoff zu Wasser.