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Die Mito-Medizin. Lee Know
Читать онлайн.Название Die Mito-Medizin
Год выпуска 0
isbn 9783954843961
Автор произведения Lee Know
Жанр Сделай Сам
Издательство Bookwire
In Komplex III läuft der Q-Zyklus ab, ein mehrstufiger Prozess, bei dem Ubiquinol (reduziertes CoQ10) zu Ubiquinon (oxidiertes CoQ10) umgewandelt wird. Bei diesem Prozess werden insgesamt vier Nettoprotonen ausgepumpt, die zum Protonengradienten beitragen.
Das ist in der Elektronentransportkette der zweithäufigste Entstehungsort, wo Elektronen ausscheren, die mit Sauerstoff dann Superoxid-Radikale bilden.
Abbildung 1.5 Komplex II ist ein Bestandteil des Zitronensäurezyklus, in dem ebenfalls FADH2 entsteht. Die Elektronen aus FADH2 werden dann über Eisen-Schwefel-Cluster (Fe-S-Cluster) zu Coenzym Q10 (Q) weitergeleitet. Komplex II ist der einzige Komplex, der keine Protonen pumpt.
Komplex IV: Hier entsteht Wasser
Komplex IV oder Cytochrom-c-Oxidase besteht aus 13 Proteinuntereinheiten. In diesem Bereich werden aus vier Molekülen Cytochrom c vier Elektronen abgespalten und an molekularen Sauerstoff (O2) weitergereicht, damit zwei Wassermoleküle entstehen können. Dabei werden zugleich vier Protonen frei, die durch die Membran gepumpt werden und zum Protonengradienten beitragen.
So speichern Kamele in der Wüste ihr Wasser
An dieser Stelle lohnt sich der Hinweis, dass Kamele in ihren Höckern keineswegs Wasser speichern, wie man es Kindern gern erklärt. Ihre Höcker sind vielmehr große Fettspeicher. Dieses Fett liefert nicht nur Energie, sondern wenn es über oxidative Phosphorylierung verstoffwechselt wird, entsteht bei Komplex IV Wasser (pro Gramm verbranntem Fett etwa 1 Gramm oder 1 Milliliter Wasser). Neben anderen Anpassungsleistungen ist dies einer der Gründe, warum Kamele so lange ohne Trinkwasser auskommen können.
Abbildung 1.6 Komplex III übernimmt über einen mehrstufigen Prozess, den Q-Zyklus, Elektronen aus der reduzierten Form von Coenzym Q10 (QH2). Die Elektronen wandern weiter zu Cytochrom c (Cyt c), und vier Protonen (H+) gehen in den Intermembranraum über.
Cyanidvergiftung und Suizid
Cyanid (Blausäure) ist ein Gift, das bei dem Massensuizid in Jonestown, Guayana, verwendet wurde und historisch bestimmten Militärangehörigen gegeben wurde, um es bei einer eventuellen Gefangennahme zu schlucken. Es tötet durch Schließung der Elektronentransportkette. Dabei hemmt es spezifisch die Aktivität von Komplex IV, indem es die Eisenkomponente (FE) bindet, wodurch der Elektronenfluss gestoppt wird. Das aktuellste zugelassene Gegengift ist (zumindest in den USA) Hydroxocobalamin (eine Form von Vitamin B12). Mit Cyanid reagiert es zu Cyanocobalamin (einer B12-Variante, die in den meisten Nahrungsergänzungsmitteln vorliegt) und kann dann so über die Nieren problemlos ausgeschieden werden.
Superkomplexe: Turboschneller Elektronenfluss
Was ich gerade beschrieben habe, entspricht dem, was in der Oberstufe, aber auch an der Universität im Biologiekurs über die Elektronentransportkette gelehrt wird. Zu den zuvor beschriebenen vier Komplexen kommt die ATP-Synthase (die ich im Folgenden erkläre und die mitunter als Komplex V bezeichnet wird). Insgesamt besteht die Elektronentransportkette in den Mitochondrien somit aus fünf Enzymkomplexen, die für die ATP-Erzeugung zuständig sind. In jüngster Zeit wurde dieser Lehrsatz der Elektronentransportkette – dass in der inneren Mitochondrienmembran separate Enzyme verteilt sind – vom Modell des mitochondrialen Superkomplexes abgelöst, in dem die Atmungskomplexe stabile Verbindungen miteinander eingehen. Diese Struktur gestattet einen hoch effizienten Elektronentransfer, in dem die Distanz, die ein Elektron zwischen den Komplexen zurücklegen muss, auf einige Nanometer reduziert ist.
Um die Sache noch weiter zu verkomplizieren, diskutiert man nicht nur über die Existenz der Superkomplexe, sondern es sieht so aus, als ob diese wiederum diverse Formen annehmen könnten. Der Superkomplex, der als Respirasom bezeichnet wird, umfasst beispielsweise die Komplexe I, III und IV. Allerdings gibt es auch Superkomplexe, die nur aus den Komplexen I und III oder den Komplexen III und IV bestehen.
Abbildung 1.7 Komplex IV übernimmt Elektronen von Cytochrom c (Cyt c), pumpt vier Protonen in den Intermembranraum und gibt die Elektronen an den endgültigen Empfänger Sauerstoff (O2) weiter, der damit harmloses Wasser (H2O) bildet.
Solche Assoziationen bestimmen auch, welche Mengen Coenzym Q10 und Cytochrom c für diese Superkomplexe bereitstehen.
Darüber hinaus gibt es Hinweise darauf, dass bestimmte Gesundheitsprobleme mit einer Dissoziation der Komponenten dieser Superkomplexe verknüpft sind. Ich möchte nicht näher darauf eingehen, um welche gesundheitlichen Probleme es dabei geht, denn dieses Modell ist noch neu und somit nicht ausreichend erforscht. Ich erwähne diesen Punkt nur, um zu illustrieren, dass unser diesbezügliches Wissen sich unablässig weiterentwickelt.
ATP-Synthase: Kopplung von Elektronentransportkette mit oxidativer Phosphorylierung
Die ATP-Synthase (auch: ATPase oder Komplex V) ist ein wichtiges Enzym, das den Abschluss einer langen Ereigniskette bildet, die zur Synthese von ATP führen. Dieses Enzym verbindet den Protonengradienten (der bei Vorliegen von Sauerstoff im Verlauf der Elektronentransportkette entsteht) mit der Phosphorylierung, dem Prozess, bei dem Adenosindiphosphat (ADP) eine Phosphatgruppe hinzugefügt wird, damit ATP entsteht. All dies ist Teil der oxidativen Phosphorylierung.
Und dieses große Enzym ist die kleinste bekannte Maschine. Im Internet sind einige wirklich gute Animationen zu finden, die diese Vorgänge visualisieren. Wenn Sie etwas Zeit erübrigen können, kann ich Ihnen empfehlen, sich dort umzusehen. Dieser Rotationsmotor, der sich aus vielen winzigen, sich bewegenden Proteinen zusammensetzt, hat zwei Hauptkomponenten: Den F1-Teil, der die Membran wie eine Antriebswelle senkrecht durchzieht, und einen sehr großen rotierenden Kopf, den F0-Teil, der auf dieser „Antriebswelle“ sitzt. Die hohe Protonenkonzentration auf der Membranaußenseite möchte stromabwärts fließen und bringt bei der Passage durch den F1-Teil den Kopf ins Rotieren. Beim Menschen sind für eine vollständige F0-Rotation zehn Protonen erforderlich. Dabei entstehen drei ATP-Moleküle.
Dass Protonenpumpen potenzielle Energie in Form eines elektrochemischen Gradienten speichern und diese dann nach dem Durchtreten einer Membran zur Erzeugung von chemischer Energie nutzen, mag als ungewöhnliche Methode der Energiegewinnung erscheinen. Allerdings scheinen sich alle Lebensformen unserer Erde hierin einig zu sein.
Die pflanzliche Fotosynthese läuft sehr ähnlich ab. In diesem Fall werden die Protonen jedoch mittels Sonnenenergie durch die Membran in den Chloroplasten gepumpt (die Chloroplasten sind sozusagen die pflanzlichen Mitochondrien). Selbst die Vorfahren der Mitochondrien, die Bakterien, funktionieren so: Sie erzeugen einen Protonengradienten auf ihrer Zellmembran, den sie mithilfe ihrer Zellwand einigermaßen aufrechterhalten. Im Gegensatz zu Mensch und Säugetier wandern die Elektronen bei Pflanzen jedoch über die Elektronentransportkette zu einem endgültigen Elektronenakzeptor, der nicht nur aus Sauerstoff, sondern aus diversen verschiedenen Molekülen bestehen kann. Unabhängig davon dient die Energie, die über die Elektronentransportkette gewonnen wird, in jedem Fall dazu, Protonen durch eine Membran zu bewegen. Dieses Konzept ist so allgegenwärtig, dass die Protonenpumpe durch eine Membran offenbar einem zentralen Merkmal des Lebens auf der Erde entspricht.
Abbildung 1.8 Molekulare Darstellung der ATP-Synthase, die Ausrichtung und Komplexität verdeutlicht.