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8.12: ATP-Ausbeute
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ATP-Ausbeute
 

PROTOKOLLE

8.12: ATP-Ausbeute

Die Zellatmung produziert 30-32 ATP-Moleküle pro Glucosemolekül. Obwohl der größte Teil des ATP aus der oxidativen Phosphorylierung und der Elektronentransportkette (ETK) resultiert, werden vorher bereits 4 ATP gewonnen (2 aus der Glykolyse und 2 aus dem Citratzyklus).

Die ETK ist in die innere Mitochondrienmembran eingebettet und besteht aus vier Hauptproteinkomplexen sowie einer ATP-Synthase. NADH und FADH2 geben Elektronen an diese Komplexe ab, die ihrerseits Protonen in den Intermembranraum pumpen. Diese Verteilung der Protonen erzeugt einen Konzentrationsgradienten über die Membran. Dieser Gradient treibt die Produktion von ATP an, wenn die Protonen über die ATP-Synthase in die mitochondriale Matrix zurückfließen.

Für je 2 Eingangselektronen, die NADH in den Komplex I überführt, pumpen die Komplexe I und III je 4 Protonen und der Komplex IV 2 Protonen. Insgesamt macht das also 10 Protonen. Der Komplex II ist nicht an der von NADH initiierten Elektronenkette beteiligt. FADH2 hingegen gibt 2 Elektronen an Komplex II weiter, so dass insgesamt 6 Protonen pro FADH2 gepumpt werden; 4 Protonen über Komplex III und 2 über Komplex IV.

Vier Protonen werden benötigt, um 1 ATP zu synthetisieren. Da für jedes NADH 10 Protonen gepumpt werden, ergibt 1 NADH 2,5 (10/4) ATP. Sechs Protonen werden für jedes FADH2 gepumpt, so dass 1 FADH2 1,5 (6/4) ATP ergibt.

Die Zellatmung produziert maximal 10 NADH und 2 FADH2 pro Glucosemolekül. Weil ein einzelnes NADH 2,5 ATP und ein einzelnes FADH2 1,5 ATP produziert, ergibt es sich, dass 25 ATP + 3 ATP durch oxidative Phosphorylierung produziert werden. Vor der oxidativen Phosphorylierung werden vier ATP gebildet, was ein Maximum von 32 ATP pro Glucosemolekül ergibt.

Bedeutend ist, dass die Glykolyse im Zytosol stattfindet und die ETK in den Mitochondrien (in Eukaryonten) lokalisiert ist. Die Mitochondrienmembran ist für NADH nicht durchlässig, weshalb die Elektronen der 2 NADH, die durch die Glykolyse hergestellt werden, in die Mitochondrien geleitet werden müssen. Sobald sie sich im Mitochondrium befinden, können die Elektronen an NAD+ oder FAD weitergegeben werden. Angesichts der unterschiedlichen ATP-Ausbeute je nach Elektronenträger beträgt die Gesamtausbeute der Zellatmung 30 bis 32 ATP pro Glucosemolekül.


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