Ist Sauerstoff vorhanden, dann sind im Prinzip alle Schritte, die nach dem Substrat Pyruvat im abbauenden Stoffwechsel folgen, schon Teile der Atmungskette. Dies wird deutlich sichtbar an der Lokalisierung dieser Stoffwechselvorgänge. Wir wechseln das Kompartiment! Vom Zytosol, dem Ort der Glykolyse, wird nun Pyruvat in die Mitochondrien transportiert.
Die innere Mitochondrienmembran ist der Ort der Atmungskette, die Matrix des Mitochondriums Ort der oxidativen Decarboxylierung und des Citratzyklus.
Vertiefung
Mitochondrium
Der Zellstoffwechsel findet in jeder Körperzelle statt. Die Leber kann allerdings als Hauptstoffwechselorgan angesehen werden, da hier die Regulation des Blutglukosespiegels lokalisiert ist.
Mitochondrien stellen den Ort des Citratzyklus und der Atmungskette dar. Die Schritte der Glykolyse sind im Zellplasma oder Zytoplasma der Zelle lokalisiert. Alle der oxidativen Decarboxylierung nachfolgenden Schritte des aeroben katabolen Stoffwechsels werden in den Mitochondrien durchgeführt.
Es finden sich morphologische Ähnlichkeiten zwischen Chloroplasten und Mitochondrien! So zeigen Mitochondrien ebenfalls eine Doppelmembranstruktur. Die äußere Membran ist Ionen gegenüber durchlässig, die innere mitochondriale Membran auf die Belange der Endoxidation hin optimiert und nicht permeabel für Protonen.
In der für die Zellatmung essentiellen innere Mitochondrienmembran finden sich vier Komplexe. Dabei kommt es in den Komplexen I, III und IV zum Protonentransport durch die Membran. Die Elektronenakzeptoren bzw. -donatoren innerhalb der inneren Mitochondrienmembran sind meist Eisen-Schwefel-Proteine.
Die oxidative Decarboxylierung (Enzym = Pyruvat-Decarboxylase) verbindet die Glykolyse mit der Atmungskette. Unter Abspaltung von CO2 wird Pyruvat in Anwesenheit des Redoxäquivalents NAD+ zu Acetat oxidiert (oder, ebenso gängig, decarboxyliert). Mithilfe des gleichen Enzyms wird das Acetat mit Coenzym A verestert.
Die oxidative Decarboxylierung kann nur unter Anwesenheit von Sauerstoff stattfinden! Ist kein Sauerstoff vorhanden fehlt das benötigte NAD+! Als Bilanz der oxidativen Decarboxylierung entstehen aus einem Mol Pyruvat:
- 1 Mol NADH+H+
- 1 Mol AcetylCoA
- 1 Mol CO2
Ausgehend vom Substrat Pyruvat, werden CO2 und Wasserstoff (auf NAD+ übertragen) vom Pyruvat abgespalten. Eine Veresterung mit SH-CoA erzeugt Acetyl-CoA als Produkt.
Merke
Pyruvat ist ein zentraler Punkt. Hier laufen KPohlenhydrat- und Aminosäurestoffwechsel zusammen.
Die oxidative Decarboxylierung kann nur in Anwesenheit von Sauerstoff stattfinden! Ist kein Sauerstoff vorhanden, fehlt das benötigte NAD+.
Als Bilanz der oxidativen Decarboxylierung entstehen aus einem Mol Pyruvat:
- 1 Mol NADH+H+
- 1 Mol Acetyl-CoA
- 1 Mol CO2
Merke
Die Reaktion der Pyruvat-Dehydrogenase ist irreversibel. Ist das Pyruvat einmal in Acetyl-CoA umgewandelt, kann es nicht mehr zurück auf die „Pyruvat-Seite".
Merke
oxidative Decarboxylierung:
Lokalisation: mitochondriale Matrix
von Pyruvat zu AcetylCoA
findet nur unter Anwesenheit von Sauerstoff statt
Energieausbeute: pro Mol Glukose 2 Mol NADH+H+
