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WIE FUNKTIONIERT DAS?
NADH,
der Energie Kurier
COENZYM 1
NAD+ / NADH
Die Rolle von NAD und FAD bei der Energieproduktion in den Zellen
In unseren Zellen kann die in den Nährstoffen (Zucker, Fette, Proteine) enthaltene Energie nicht direkt für biologische Arbeit genutzt werden. Sie muss zuerst in ATP (Adenosintriphosphat) umgewandelt werden, die eigentliche „Energiewährung“ der Zelle.
In diesem Prozess fungieren die Coenzyme NAD+ und FAD als wahre „molekulare Akkumulatoren“:
Während der katabolen Prozesse (Glykolyse, Beta-Oxidation und Citratzyklus) fangen sie Wasserstoff und energiereiche Elektronen ein und reduzieren sich zu ihren energiereichen Formen: NADH und FADH2
Anschließend wandern diese Coenzyme zur inneren Mitochondrienmembran, um die oxidative Phosphorylierung einzuleiten.
Die Elektronen Transportkette
Die innere Mitochondrienmembran beherbergt vier Hauptproteinkomplexe (I, II, III, IV) und zwei mobile Transportmoleküle: Ubichinon (Q10) und Cytochrom c. Die reduzierten Coenzyme geben hier ihre Elektronen ab:
Eintritt von NADH (Komplex I): Das NADH wird oxidiert, indem es 2 Elektronen an den Komplex I (NADH-Ubichinon-Oxidoreduktase) abgibt, wodurch NAD+ entsteht. Die Reaktion setzt genügend Energie frei, um 4 Protonen H+ aus der Matrix in den Intermembranraum zu pumpen.
Eintritt von FADH2 (Komplex II): FADH2 gibt seine Elektronen an den Komplex II (Succinat-Dehydrogenase) ab. Da das Energiepotenzial dieser Elektronen etwas geringer ist, pumpt dieser Komplex keine Protonen.
Fluss entlang der Komplexe III und IV: Die Elektronen werden über Ubichinon zum Komplex III übertragen (wobei weitere 4 H+ gepumpt werden) und schließlich über Cytochrom c zum Komplex IV (wobei weitere 2 H+ gepumpt werden).
Finaler Akzeptor: Am Ende der Kette, im Komplex IV, verbinden sich die Elektronen mit molekularem Sauerstoff (O2) und Matrix-Protonen zu Wassermolekülen (H2O). Ohne Sauerstoff kommt die Kette vollständig zum Stillstand.
Der elektrochemische Gradient und die Chemiosmose
Das kontinuierliche Pumpen von Protonen durch die Komplexe I, III und IV führt zu einem Überschuss an positiver Ladung und H+-Konzentration im Intermembranraum. Dadurch entsteht eine protonenmotorische Kraft (ein elektrochemischer Gradient zwischen dem Außenraum und der mitochondrialen Matrix).
Da die innere Membran für Protonen undurchlässig ist, besteht für sie die einzige Möglichkeit, entlang des Gradienten zurück in die Matrix zu gelangen, darin, einen spezifischen Kanal zu passieren: die ATP-Synthase (Komplex V).
Finale ATP-Synthese (Komplex V)
Die ATP-Synthase funktioniert genau wie eine Wasserkraft-Mikroturbine:
Der Protonenfluss passiert den transmembranen Teil des Motors (F0) und versetzt ihn in mechanische Rotation.
Die Rotation verändert die Konformation des katalytischen Kopfes (F1) und liefert den energetischen Anstoß, um eine anorganische Phosphatgruppe (Pi) an ein ADP-Molekül zu binden.
