Hallo!
Das eigentliche Prinzip der Atmungskette ist ja schön und gut, aber mir stellt sich die Frage, wie es im Intermembranraum einen Protonengradienten geben kann, wenn die äußere Mitochondrienmembran sehr durchlässig ist? Es wäre doch irgendwie unlogisch, wenn sie Moleküle bis 5000 Da aber keine Protonen durchlässt?
Ich würde mich riesig über Antworten freuen!
Morgain
Hallo Morgain,
Das eigentliche Prinzip der Atmungskette ist ja schön und gut,
aber mir stellt sich die Frage, wie es im Intermembranraum
einen Protonengradienten geben kann, wenn die äußere
Mitochondrienmembran sehr durchlässig ist? Es wäre doch
irgendwie unlogisch, wenn sie Moleküle bis 5000 Da aber keine
Protonen durchlässt?
für Moleküle ist die Membran durchlässig, weil entweder Kanäle und Transporter vorhanden sind, die deren Durchtritt ermöglichen, oder weil diese Moleküle ausreichend lipophil sind, um durch die Lipiddoppelschicht diffundieren zu können. Die Membran lässt also nicht alle kleinen Moleküle bloß auf Grund des geringen Molekulargewichts durch, sondern diese Moleküle müssen auch bestimmte Anforderungen (z.B. ausreichende Lipophilität) erfüllen. Mit abnehmender Lipophilität stellt eine Biomembran ein zunehmendes Diffusionshindernis für Moleküle gleich welcher Größe dar.
Beispielsweise kann Wasser (~18 Da) da so gut wie gar nicht durch. Um den Wasseraustausch zwischen den Zellen und den Zellkompatimenten zu ermöglichen bzw. zu erleichtern, gibt es spezielle Poren, die Aquaporine. Weil Ionen stets von einer Hydrathülle umgeben sind, können diese auch nicht ohne Weiteres durch eine Biomembran hindurchtreten. Auch H+-Ionen liegen in wässrigen Lösungen ausschließlich als Hydronium-Ionen vor. Selbst wenn Kanäle vorhanden sind, müssen von einigen Ionen erst mal die Hydrathüllen abgestreift werden, damit diese den Kanal passieren können.
Viele kleine Moleküle können zwar durch Biomembranen hindurchdiffundieren (sogar Wasser in geringem Maß), jedoch spielt für die Prozesse an der Mitochondrienmembran das Maß der Permeabilität eine entscheidende Rolle. Ich will das an einem Modell verdeutlichen:
Eine Pumpe (Elektronentransportkette) fördert Wasser (H+-Ionen) von einem tiefer gelegenen Reservoir (Matrix) in einen höher gelegenes Reservoir (Intermembranraum). Von dort führt eine dicke Leitung über ein Wasserrad (ATP-Synthase) zurück zum unteren Reservoir. Nehmen wir an, dass die Pumpe 20 L/min (Protonenfluss) pumpt und dass die Leitung ausreichend dimensioniert ist, um diese Menge zurückfließen zu lassen. Wenn nun in das obere Reservoir mit einer Nadel ein kleines Loch gepiekst wird, durch das Wasser von dort aus tropfenweise in das untere Reservoir zurück gelangen kann, dann stellst du schnell fest, dass die Arbeit, die am Wasserrad verrichtet wird (ATP-Synthese), dadurch so gut wie gar nicht verringert wird, auch wenn ein zweites, kleines Leck aus dem oberen Reservoir nicht in das untere Reservoir zurück, sondern irgendwo daneben (über die äußere Membran ins Cytosol) führt. Ein langfristiges Versiegen des Kreislaufs wird dadurch verhindert, dass die Gesamtmenge des Wassers, das sich noch im Kreislauf befindet (H+-Ionen), ständig aufgefüllt wird. Das ist quasi Massenware.
LG
Huttatta
Huhu!
Weil die Mitochondrienmembran TIM und TOM-Kanäle enthält.
(Translocase of outer/inner mitochondrial membrane)
Die fädeln Proteine mit einer Mitochondrien-Ziel-Sequenz durch.
Diese Proteine liegen im saureren Milieu des Cytoplasmas fast ungefaltet (linear) vor, und falten sich dann im basischeren Milieu der Mitochondrie.
Ist ein recht komplexer Mechanismus, den ich hier nicht genauer erklären kann, weil ich ihn das letzte Mal im Grundstudium bearbeitet habe, und mich nur noch daran erinnere, weil der Doktorand, der ihn uns erklärt hat, auch Tom hieß.
Abgesehen davon ist die Mitochondrien-Membran durchlässig für Protonen - wenn die Protonenpumpen nicht permanent laufen, gleicht sich der Gradient früher oder später aus.
Es ist für die Protonen nur „einfacher“ durch die Atmungskette zurück ins Mitochondrium zu gehen als direkt durch die Membran.
(Ich hoffe, das liest sich nicht zu wirr, ich bin gerade leicht fiebrig.)
Viele Grüße,
Ph.