Q-Zyklus

Mitochondrien, die "Kraftwerke" jeder Eukaryontenzelle, liefern Energie (ATP) in einem Prozess, der als oxidative Phosphorylierung eingeführt wurde. Die Energieumwandlung von Reduktionsäquivalenten in ATP erfolgt in der "Atmungskette", einem System von Redoxpaaren, durch das Elektronen letztlich auf den Atmungssauerstoff übertragen werden; gleichzeitig werden im Intermembranraum Protonen akkumuliert wobei ein Membran- und Protonenpotential (pH-Sprung) aufgebaut wird.

Früher nahm man an, dass die Elektronen von den membrangebundenen Enzymkomplexen der Atmungskette und den zwischengeschalteten beweglichen Elektronenübertägern (Ubichinon und Cytochrom c) kaskadenartig an den Sauerstoff weitergeleitet würde. Dieses Bild eines geradlinigen Elektronenflusses begann sich Mitte der sechziger Jahre zu wandeln, als der spätere Nobelpreisträger Peter Mitchell, zunächst aufgrund rechnerischer Überlegungen, zur Überzeugung gelangte, dass vom Ubichinon nur eines statt (der ursprünglich angenommen en zwei) gebundenen Elektronen weitergegeben wird.

Diese Theorie wurde untermauert, als die Gruppe um Hans Reichenbach (GBF Braunschweig) in den siebziger Jahren den Hemmstoff Myxothiazol aus Schleimbakterien isolierten. Damit gelang es Gebhard von Jagow (Universität München), die Atmungskette exakt dort zu blockieren, wo die Elektronen vom Ubichinon weiter in Richtung Sauerstoff fließen; der zweite Weg konnte mit dem Antibiotikum Antimycin abgeriegelt werden.

Die Atmungskette verzweigt sich also am Ubichinon, wobei ein Teil der Energie des linear weitergereichten Elektrons ausreicht, um das zweite Elektron in das Ubichinon-Reservoir "zurückzustrudeln". Der Energiefluss entspricht also nicht einem "Wasserfall", sondern es sind "Staustufen" eingeschaltet, die eine höhere Energieausbeute ermöglichen.

Dieser "Elektronenwirbel" am Ubichinon ist keine Spezialität der Säugermitochondrien: auch in den Chloroplasten der grünen Pflanzen und der Atmungskette der Bakterien teilt sich der Eektronenfluss. Dieser ökonomische Umgang mit Energie hat sich also schon früh in der Evolution durchgesetzt!

siehe auch: chemiosmotische Kopplung