Das chemiosmotische Modell

Die Atmungskette hinterlässt einen Protonenüberschuss im Intermembranraum — Peter Mitchell erkannte 1961 darin den Antrieb der ATP-Synthese.

• Chemiosmotisches Modell: Atmungskette und ATP-Synthese sind nicht direkt, sondern über einen Protonengradienten gekoppelt (Mitchell 1961, Nobelpreis 1978).
• Konzentrationsunterschied: Im Intermembranraum ist die H⁺-Konzentration höher: pH etwa 7,0 bis 7,2 gegenüber 7,8 bis 8 in der Matrix.
• Ladungsunterschied: Die Außenseite der inneren Membran ist positiv, die Matrixseite negativ geladen (Membranpotenzial).
• Protonenmotorische Kraft: Beide Unterschiede zusammen drängen die Protonen zurück in die Matrix.
• Dichte Membran: Die innere Mitochondrienmembran ist für H⁺ undurchlässig — zurück geht es nur durch die ATP-Synthase.

Die Protonen strömen durch ein Tunnelprotein zurück in die Matrix und treiben dabei einen molekularen Rotor an.

• ATP-Synthase: Tunnelprotein in der inneren Membran; ihr Rotor dreht sich, wenn Protonen hindurchströmen. Der Kopf ragt in die Matrix.
• ATP-Bildung: Die Drehung verformt die aktiven Zentren im Kopf: ADP und P_i werden zu ATP verknüpft.
• Oxidative Phosphorylierung: So heißt die ATP-Bildung, die von der Atmungskette über den Gradienten angetrieben wird.
• Ausbeute: Etwa 2,5 ATP je NADH und etwa 1,5 ATP je FADH₂.
• Kopplung: Pumpen und ATP-Synthese hängen nur über den Gradienten zusammen. Wird wenig ATP verbraucht, staut sich der Gradient und die Atmung verlangsamt sich.

• Cyanid: Blockiert Komplex IV: kein Elektronenfluss, kein Gradient, kein ATP.
• Oligomycin: Verstopft den Protonenkanal der ATP-Synthase: kein ATP, der Gradient staut sich, die Atmung stockt.
• Entkoppler DNP: Trägt Protonen an der ATP-Synthase vorbei durch die Membran: O₂-Verbrauch steigt, ATP-Bildung sinkt, Energie wird als Wärme frei.
• UCP1: Körpereigener Entkoppler im braunen Fettgewebe von Säuglingen und Winterschläfern — erzeugt gezielt Wärme (Thermogenese).

Wähle einen Zusatz — per Klick oder mit Tab, ←→ und Enter. Gestrichelt bleibt der Normalverlauf ohne Zusatz stehen, darüber erscheint der Verlauf nach der Zugabe. Den Zeitpunkt der Zugabe verschiebst du mit dem Punkt unter den Diagrammen (Maus oder ←→).

Halte fest: Hemmt ein Stoff die Atmungskette oder die ATP-Synthase, stoppen O₂-Verbrauch und ATP-Bildung gemeinsam. Nur ein Entkoppler trennt beide: Die Atmung läuft schneller, ATP entsteht kaum, die Energie wird zu Wärme. Alle Kurven sind Modellkurven.