Hauptunterschied – Elektronentransportkette in Mitochondrien vs. Chloroplasten
Zellatmung und Photosynthese sind zwei äußerst wichtige Prozesse, die lebende Organismen in der Biosphäre unterstützen. Beide Prozesse beinh alten den Transport von Elektronen, die einen Elektronengradienten erzeugen. Dadurch bildet sich ein Protonengradient aus, der mit Hilfe des Enzyms ATP-Synthase Energie zur Synthese von ATP nutzt. Die Elektronentransportkette (ETC), die in den Mitochondrien stattfindet, wird als „oxidative Phosphorylierung“bezeichnet, da der Prozess chemische Energie aus Redoxreaktionen nutzt. Im Gegensatz dazu wird dieser Prozess im Chloroplasten als „Photophosphorylierung“bezeichnet, da er Lichtenergie nutzt. Dies ist der Hauptunterschied zwischen der Elektronentransportkette (ETC) in Mitochondrien und Chloroplasten.
Was ist die Elektronentransportkette in Mitochondrien?
Die Elektronentransportkette, die in der inneren Membran der Mitochondrien stattfindet, wird als oxidative Phosphorylierung bezeichnet, bei der die Elektronen unter Beteiligung verschiedener Komplexe durch die innere Membran der Mitochondrien transportiert werden. Dadurch entsteht ein Protonengradient, der die Synthese von ATP bewirkt. Aufgrund der Energiequelle wird sie als oxidative Phosphorylierung bezeichnet: das sind die Redoxreaktionen, die die Elektronentransportkette antreiben.
Die Elektronentransportkette besteht aus vielen verschiedenen Proteinen und organischen Molekülen, die verschiedene Komplexe umfassen, nämlich Komplex I, II, III, IV und ATP-Synthase-Komplex. Während der Bewegung von Elektronen durch die Elektronentransportkette bewegen sie sich von höheren Energieniveaus zu niedrigeren Energieniveaus. Der während dieser Bewegung erzeugte Elektronengradient leitet Energie ab, die zum Pumpen von H+-Ionen über die innere Membran von der Matrix in den Zwischenmembranraum verwendet wird. Dadurch entsteht ein Protonengradient. Elektronen, die in die Elektronentransportkette eintreten, stammen von FADH2 und NADH. Diese werden während früherer zellulärer Atmungsstadien synthetisiert, zu denen die Glykolyse und der TCA-Zyklus gehören.
Abbildung 01: Elektronentransportkette in Mitochondrien
Die Komplexe I, II und IV gelten als Protonenpumpen. Beide Komplexe I und II geben gemeinsam Elektronen an einen als Ubichinon bekannten Elektronenträger weiter, der die Elektronen an Komplex III überträgt. Während der Bewegung von Elektronen durch den Komplex III werden mehr H+-Ionen durch die innere Membran in den Intermembranraum transportiert. Ein weiterer mobiler Elektronenträger, der als Cytochrom C bekannt ist, empfängt die Elektronen, die dann in den Komplex IV geleitet werden. Dies bewirkt den endgültigen Transfer von H+-Ionen in den Intermembranraum. Elektronen werden schließlich von Sauerstoff aufgenommen, der dann zur Bildung von Wasser verwendet wird. Der Protonenantriebskraftgradient ist auf den endgültigen Komplex gerichtet, bei dem es sich um die ATP-Synthase handelt, die ATP synthetisiert.
Was ist die Elektronentransportkette in Chloroplasten?
Elektronentransportkette, die innerhalb des Chloroplasten stattfindet, ist allgemein als Photophosphorylierung bekannt. Da die Energiequelle Sonnenlicht ist, ist die Phosphorylierung von ADP zu ATP als Photophosphorylierung bekannt. In diesem Prozess wird Lichtenergie zur Erzeugung eines hochenergetischen Donorelektrons verwendet, das dann in einem unidirektionalen Muster zu einem Elektronenakzeptor mit niedrigerer Energie fließt. Die Bewegung der Elektronen vom Donor zum Akzeptor wird als Elektronentransportkette bezeichnet. Die Photophosphorylierung kann auf zwei Wegen erfolgen; zyklische Photophosphorylierung und nichtzyklische Photophosphorylierung.
Abbildung 02: Elektronentransportkette in Chloroplasten
Zyklische Photophosphorylierung findet im Wesentlichen auf der Thylakoidmembran statt, wo der Elektronenfluss von einem Pigmentkomplex initiiert wird, der als Photosystem I bekannt ist. Wenn Sonnenlicht auf das Photosystem fällt; lichtabsorbierende Moleküle fangen das Licht ein und leiten es an ein spezielles Chlorophyllmolekül im Photosystem weiter. Dies führt zur Anregung und schließlich zur Freisetzung eines hochenergetischen Elektrons. Diese Energie wird von einem Elektronenakzeptor zum nächsten Elektronenakzeptor in einem Elektronengradienten weitergegeben, der schließlich von einem Elektronenakzeptor niedrigerer Energie akzeptiert wird. Die Bewegung der Elektronen induziert eine Protonenantriebskraft, die das Pumpen von H+-Ionen durch die Membranen beinh altet. Dies wird bei der Produktion von ATP verwendet. Als Enzym wird dabei die ATP-Synthase verwendet. Zyklische Photophosphorylierung produziert weder Sauerstoff noch NADPH.
Bei der nichtzyklischen Photophosphorylierung sind zwei Photosysteme beteiligt. Zunächst wird ein Wassermolekül lysiert, um 2H+ + 1/2O2 + 2e– Photosystem zu erzeugen II hält die beiden Elektronen. Die im Photosystem vorhandenen Chlorophyllpigmente absorbieren Lichtenergie in Form von Photonen und übertragen sie auf ein Kernmolekül. Zwei Elektronen werden vom Photosystem verstärkt, das vom primären Elektronenakzeptor akzeptiert wird. Im Gegensatz zum zyklischen Weg kehren die beiden Elektronen nicht zum Photosystem zurück. Das Elektronendefizit im Photosystem wird durch die Lyse eines anderen Wassermoleküls bereitgestellt. Die Elektronen vom Photosystem II werden auf das Photosystem I übertragen, wo ein ähnlicher Prozess stattfindet. Der Elektronenfluss von einem Akzeptor zum nächsten erzeugt einen Elektronengradienten, der eine Protonenantriebskraft ist, die bei der Synthese von ATP verwendet wird.
Was sind die Ähnlichkeiten zwischen ETC in Mitochondrien und Chloroplasten?
- ATP-Synthase wird in ETC sowohl von Mitochondrien als auch von Chloroplasten verwendet.
- Bei beiden werden 3 ATP-Moleküle von 2 Protonen synthetisiert.
Was ist der Unterschied zwischen der Elektronentransportkette in Mitochondrien und Chloroplasten?
ETC in Mitochondrien vs. ETC in Chloroplasten |
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| Die Elektronentransportkette, die in der inneren Membran der Mitochondrien vorkommt, ist als oxidative Phosphorylierung oder Elektronentransportkette in Mitochondrien bekannt. | Elektronentransportkette, die im Chloroplasten stattfindet, ist als Photophosphorylierung oder Elektronentransportkette im Chloroplasten bekannt. |
| Art der Phosphorylierung | |
| Oxidative Phosphorylierung tritt in ETC von Mitochondrien auf. | Photophosphorylierung tritt bei ETC von Chloroplasten auf. |
| Energiequelle | |
| Energiequelle von ETP in Mitochondrien ist die chemische Energie, die aus Redoxreaktionen stammt.. | ETC in Chloroplasten nutzt Lichtenergie. |
| Standort | |
| ETC in Mitochondrien findet in den Cristae von Mitochondrien statt. | ETC in Chloroplasten findet in der Thylakoidmembran des Chloroplasten statt. |
| Coenzym | |
| NAD und FAD sind an der ETC von Mitochondrien beteiligt. | NADP ist an der ETC von Chloroplasten beteiligt. |
| Protonengradient | |
| Protonengradient wirkt während der ETC der Mitochondrien vom Intermembranraum bis zur Matrix. | Der Protonengradient wirkt während der ETC der Chloroplasten vom Thylakoidraum zum Stroma des Chloroplasten. |
| Endelektronenakzeptor | |
| Sauerstoff ist der letzte Elektronenakzeptor von ETC in Mitochondrien. | Chlorophyll bei zyklischer Photophosphorylierung und NADPH+ bei nichtzyklischer Photophosphorylierung sind die letzten Elektronenakzeptoren in ETC in Chloroplasten. |
Zusammenfassung – Elektronentransportkette in Mitochondrien vs. Chloroplasten
Elektronentransportkette, die in der Thylakoidmembran des Chloroplasten vorkommt, ist als Photophosphorylierung bekannt, da Lichtenergie verwendet wird, um den Prozess anzutreiben. In den Mitochondrien ist die Elektronentransportkette als oxidative Phosphorylierung bekannt, bei der Elektronen von NADH und FADH2, die aus der Glykolyse und dem TCA-Zyklus stammen, durch einen Protonengradienten in ATP umgewandelt werden. Dies ist der Hauptunterschied zwischen ETC in Mitochondrien und ETC in Chloroplasten. Beide Prozesse verwenden ATP-Synthase während der Synthese von ATP.
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