Die oxidative Phosphorylierung ist das letzte Stadium der Zellatmung und findet in der inneren Mitochondrienmembran statt. Es nutzt die von der Elektronentransportkette freigesetzte Energie, um die ATP-Synthese voranzutreiben und den größten Teil der Zellenergie zu produzieren.
Wie oxidative Phosphorylierung funktioniert
Die Elektronentransportkette
NADH und FADH2 aus der [Glykolyse] (/guides/glycolysis.html) und dem [Zitronensäurezyklus] (/guides/citric-acid-cycle.html) spenden Elektronen an Proteinkomplexe, die in der inneren Mitochondrienmembran eingebettet sind. Diese Komplexe (Komplex I bis IV) leiten Elektronen durch eine Reihe von Redoxreaktionen mit jeweils einem zunehmend höheren Reduktionspotential.
Protonenpumpen
Während sich Elektronen durch die Kette bewegen, wird die freigesetzte Energie verwendet, um Protonen (H+) aus der mitochondrialen Matrix in den Zwischenmembranraum zu pumpen. Die Komplexe I, III und IV tragen jeweils zum Aufbau dieses Protonengradienten bei. Das Ergebnis ist eine hohe Protonenkonzentration im Intermembranraum und eine niedrige Konzentration in der Matrix.
Die Protonenantriebskraft
Der durch die Protonenkonzentrationsdifferenz und das Membranpotential erzeugte elektrochemische Gradient wird Protonenantriebskraft genannt. Diese Kraft speichert potenzielle Energie, ähnlich wie Wasser hinter einem Damm.
ATP-Synthese
Protonen fließen durch die ATP-Synthase (Komplex V), eine molekulare Turbine, zurück in die Matrix. Wenn Protonen das Enzym passieren, rotiert es und treibt die Phosphorylierung von ADP zu ATP voran. Pro zehn durchströmenden Protonen entstehen etwa drei bis vier ATP-Moleküle.
Sauerstoff als terminaler Elektronenakzeptor
Sauerstoff ist der letzte Elektronenakzeptor im Komplex IV. Es nimmt Elektronen auf und verbindet sich mit Protonen zu Wasser. Ohne Sauerstoff staut sich die Elektronentransportkette und die oxidative Phosphorylierung stoppt.
ATP-Rendite
Durch die vollständige Oxidation eines Glucosemoleküls entstehen durch oxidative Phosphorylierung etwa 30–32 ATP-Moleküle, weit mehr als die 2 ATP, die allein durch Glykolyse entstehen.
