Pyruvat-Dehydrogenase-Komplex Citronensäurecyclus Atmungskette

Pyruvat-Dehydrogenase-Komplex
Citronensäurecyclus
Atmungskette
PDH – TCC 1

Citronensäurecyclus
Befund von Hans Krebs: Zugabe von Citrat zu einem Zellextrakt bewirkt höheren
Sauerstoffverbrauch als durch Oxidation von Citrat erklärbar
PDH – TCC 2
Oxidation der Essigsäure (Acetyl-CoA) zu CO 2

PDH – TCC 3
Citronensäurecyclus als Quelle für Vorstufen für die Biosynthese

Atmungskette
tierische Lebewesen nehmen Luftsauerstoff
auf und geben CO 2 ab (Lavoisier, 18. Jh.)
Cyanid hemmt Zellatmung (eisenhaltiges
Ferment; Warburg)
ATP entsteht durch Oxidation von
Glykolyseprodukten („oxidative
Phosphorylierung“; Warburg)
Lokalisation der oxidativen Phosphorylierung
in Mitochondrien (Lehninger)
Kopplung von Oxidation und ATP-Synthese
(Chemiosmotische Theorie, Mitchell)
PDH – TCC 4

100 –10.000 pro Zelle
~5 µm lang, ~0,1 µm Durchmesser
PDH – TCC 5

PDH – TCC 6
Poren (10 nm) bis 20 x Fläche der CM
Proteingehalt: 75 %
Wassergehalt:

chemiosmotische Theorie (P. Mitchell)
PDH – TCC 7

PDH – TCC 8
mol
kJ
mol
kJ
G
mol
J
mol
kJ
G
pH
RT
zF
G
RT
zF
G
p
n
p
n
p
n
p
n
Cn
Cp
p
n
20
3
,
4
4
,
15
75
,
0
298
315
,
8
3
,
2
16
,
0
48
,
96
)
1
(
3
,
2
ln
)
(
≈
+
=
∆
⋅
⋅
⋅
+
⋅
⋅
+
=
∆
∆
+
∆Ψ
=
∆
+
∆Ψ
=
∆
→
→
−
→
→
(Matrix)
(Intermembranraum)
Protonenmotorische Kraft (elektrochemisches Potential)

„The cost of living“
Energiebedarf (Mensch, 75 kg): ca. 100 kcal/ h oder 420 kJ/h
Über die Atmungskette werden beim Menschen ca. 3·10 21
Protonen/s transportiert; entspricht eine Strom von 522 A und einer
Leistung von 116 Watt bei ca. 0,2 V Membranpotential)
Sauerstoffverbrauch: ca. 380 Liter pro Tag
Cytochrom-Oxidase: Kapazität 300 e/s, typischerweise 50 e/s
Gesamt-Oberfläche der Mitochondrienmembranen: 14.000 m²
ATP-Gehalt: 10 g; der tägliche ATP-Umsatz entspricht etwa dem
Körpergewicht
PDH – TCC 9

ATP-Synthase
PDH – TCC 10

ATP-Synthase: Motorprotein mit Rotor und Stator
F1 (Kopf) von der Membran
abspaltbar
besitzt ATPase-Aktivität
3α, 3β, γ, δ, ε
Matrix
F o in der Membran
o = Oligomycin-sensitiv
a, b, 9-12 c
Intermembrane
space
PDH – TCC 11
c 9-12 ,ε,γ = Rotor
a, b, δ, α 3 , β 3
= Stator

Mitochondriale Transportproteine
Antiport
ADP / ATP
Asp / Glu
α-Ketoglutarat / Malat (Succinat)
Malat (Succinat) / Pi
Citrat / Malat (Succinat, PEP)
Ornithin / Citrullin
Carnitin / Acylcarnitin
Symport
P i / H +
Pyr(Ketonkörper) / H +
Glu / H +
verzweigtkettige AS / H +
Uniport
H + (UCP1- 3)
Gln
PDH – TCC 12

Mitochondrium
PDH – TCC 13
Chloroplast

Chlorophyll a
Pheophytin:
Chlorophyll ohne Mg 2+
PDH – TCC 14

4 Photonen 4 Photonen
8 H + 2 H +
2
4 H +
3 3
c 12
8 H +
12 H +
3
2
PDH – TCC 15

PDH – TCC 16