Oxidative Phosphorylierung

Oxidative Phosphorylierung ist der hypothetische Weg, auf dem ATP aus anorganischem Phosphat und ADP in den Mitochondrien erzeugt wird. Sie ist eng mit dem Durchgang von energiereichen Elektronen durch die Elektronentransferkette verbunden.

Die plausibelste Hypothese zur Verknüpfung der ATP-Produktion durch das Enzym ATP-Synthase mit den Reaktionen in der Elektronenübertragungskette ist die der Chemiosmose:

• Der Elektronentransfer an bestimmten Enzymen innerhalb der Atmungskette bewirkt, dass Protonen von der Innenseite zur Außenseite der inneren Mitochondrienmembran gepumpt werden.
• dadurch entsteht ein Protonengradient durch die Membran
• der Rücktransport der Protonen durch die Membran entlang des elektrochemischen Gradienten bewirkt eine Konformationsänderung in der ATP-Synthase; der Protonengradient und die ATP-Synthase sind gekoppelt
• die Konformationsänderung in der ATP-Synthase katalysiert die Kopplung von ADP und anorganischem Phosphat zur Bildung von ATP
• ATP wird dann von der Zelle als universelles Energieintermediat verwendet

Die oxidative Phosphorylierung ist auf den Tricarbonsäurezyklus und in geringerem Maße auf Stoffwechselwege wie die Glykolyse angewiesen, um eine "treibende Kraft" in Form von NADH und FADH2 für die Elektronentransportkette zu liefern. Umgekehrt kann bei einem Mangel an NADH und FADH2 die ATP-Hydrolyse durch die ATP-Synthase so gekoppelt werden, dass die Elektronentransportkette diese Stoffe in umgekehrter Weise erzeugt. Dies wird dadurch begünstigt, dass alle Enzyme der Elektronentransportkette nahezu im Gleichgewicht sind.

Darüber hinaus erfolgt die Entkopplung von ATP-Synthase und Elektronentransportkette im braunen Fett. Der Protonengradient wird zur Erzeugung von Wärme und nicht von ATP genutzt.