19.9: Die Elektronentransportkette

Die Elektronentransportkette oder oxidative Phosphorylierung ist ein exothermer Prozess, bei dem die bei Elektronentransferreaktionen freigesetzte freie Energie an die ATP-Synthese gekoppelt wird. Dieser Prozess ist eine wichtige Energiequelle in aeroben Zellen, und daher können Inhibitoren der Elektronentransportkette die Stoffwechselprozesse der Zelle beeinträchtigen.

Inhibitoren der Elektronentransportkette

Rotenon, ein weit verbreitetes Pestizid, verhindert den Elektronentransfer vom Fe-S-Cluster zu Ubichinon oder Q in Komplex I, indem es die Q-Bindungsstelle blockiert. Die Hemmung der Komplex-I-Funktion führt zu einer erhöhten Produktion von reaktiven Sauerstoffspezies oder ROS. Diese Rotenon-induzierte ROS-Produktion kann sich nachteilig auf mitochondriale Komponenten, einschließlich der mitochondrialen DNA, auswirken und schließlich zum Zelltod führen.

Ein weiterer kompetitiver Inhibitor von Ubichinon ist Carboxin, ein starkes Fungizid, das in die Q-Bindungsstelle von Komplex II eingreift. Die Bindung von Carboxin hemmt den Transfer von Elektronen von FADH₂ zu Ubichinon und blockiert so die Atmungskette.

Von bestimmten Antibiotika ist auch bekannt, dass sie die Komplexe der Atmungskette hemmen. Zum Beispiel greift Antimycin A, ein Antibiotikum, das von Streptomyces-Spezies produziert wird, in die Ubichinon-Bindungsstelle von Komplex III ein und blockiert dadurch den Q-Zyklus. Das Fehlen des Q-Zyklus verhindert den Elektronentransfer zwischen den Untereinheiten des Komplexes III, Cytochrom b und Cytochrom c, und hemmt so die Elektronentransportkette.

Manchmal können Toxine, die während der Stoffwechselaktivitäten der Zelle entstehen, als Inhibitor der Mitochondrienfunktion wirken. Zum Beispiel hemmt Kohlenmonoxid, ein Nebenprodukt des Häm-Katabolismus, den Komplex IV, indem es mit Sauerstoff um die Sauerstoffbindungsstellen konkurriert. Dies führt zu einer Elektronenakkumulation am Komplex III und zur Bildung von Superoxidradikalen.

Die mitochondriale ATP-Synthase oder der Komplex V wird durch Oligomycin gehemmt, ein Antibiotikum, das seinen Protonenkanal bindet und hemmt. Diese Hemmung verhindert den Protonenfluss durch die ATP-Synthase und verhindert somit die Drehbewegung des Komplexes, die für die katalytische Umwandlung von ADP in ATP erforderlich ist.

Während diese Toxine starke Inhibitoren der Atmungsfunktionen sind, können sie auch als wertvolle Wirkstoffe bei der Untersuchung einzelner Komplexe und der enzymkinetischen Forschung wirken.