Atmungskette

At|mungs|ket|te 〈f. 19〉 energieliefernder Stoffwechselprozess

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At|mungs|ket|te: im Energiestoffwechsel von Lebewesen eine Folge von gekoppelten, durch spezif. Enzyme (↑ Oxidoreduktasen, Atmungsenzyme, z. B. Cytochrom-Oxidase) katalysierten Redoxreaktionen, in deren Verlauf Wasserstoff (z. B. aus ↑ Glykolyse u. ↑ Citronensäurezyklus) mit dem durch Atmung gelieferten Sauerstoff zu Wasser oxidiert wird. Die dabei freigesetzte Energie wird in Form des – durch sog. oxidative ↑ Phosphorylierung von ADP (vgl. Adenosinphosphat) gewonnenen – ATP gespeichert.

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Atmungskette,

 

aus vielen hintereinandergeordneten Einzelschritten bestehende Kette von chemischen Redoxreaktionen, in der die Endoxidation als letzter Teil der Zellatmung stattfindet. Die Atmungskette läuft in einem Elektronen- und Wasserstoffionen-Übertragungssystem ab, das aus geordnet hintereinandergeschalteten Multienzymkomplexen (NAD- und FAD-abhängige Dehydrogenasen, Eisen-Schwefel-Proteine, Ubichinone, Cytochrome) besteht; es ist in der inneren Mitochondrienmembran, bei Bakterien in der Plasmamembran lokalisiert. Der aus dem Abbau von Substraten in der Glykolyse und im Zitronensäurezyklus entstandene und an NAD (zu NADH + H⁺) und FAD (zu FADH₂) gebundene Wasserstoff wird »kaskadenartig«, bei gleichzeitigem Elektronentransport auf Sauerstoff übertragen, wobei letztlich Wasser (H₂O) als Atmungsendprodukt entsteht. Die in den einzelnen Schritten der Atmungskette freiwerdende Energie wird in der Regel zum Aufbau von Adenosintriphosphat (ATP; Adenosin) verwendet, kann jedoch auch direkt zum aktiven Transport von Ionen an den Mitochondrienmembranen oder zur Wärmeerzeugung verwendet werden. Im tierischen Organismus wird über die Atmungskette der größte Teil der chemischen Energie (in Form von ATP) gewonnen. Da der Körper zur Aufrechterhaltung seiner Funktionen laufend Energie benötigt, führt eine Hemmung der Atmungskette sehr schnell zu einer Abnahme der verfügbaren Energie, auf die v. a. das Nervensystem sehr empfindlich reagiert und die letzlich zum Tod führt. Hieraus erklärt sich auch die Giftigkeit von Hemmstoffen der Atmungskette wie Cyanide, Schwefelwasserstoff und Kohlenmonoxid, die den letzten Schritt der Atmungskette, die Elektronenübertragung auf Sauerstoff, hemmen, sowie von solchen, die die ATP-Synthase, das die ATP-Synthese unmittelbar katalysierende Enzym, hemmen (z. B. Oligomycin). Die Atmungskettenentkoppler (z. B. Arsenate, Dinitrophenol, Thyroxin, freie Fettsäuren) hingegen greifen nicht in die Reaktionen der Atmungskette ein, sondern verhindern die Kopplung von Atmungskette und ATP-Synthese. Die Atmungskette läuft gleichsam im »Leerlauf«; die Folge ist wiederum, dass keine für die Zelle verwertbare Energie in Form von ATP gebildet werden kann, sondern Energie vollständig als Wärme frei wird (physiologisch bedeutsam im braunen Fettgewebe).

 

Hier finden Sie in Überblicksartikeln weiterführende Informationen:

 

Verdauung: Aufschließen und Bereitstellen