Biologische Oxidation

Oxidations-Reduktions-Reaktionen sind im lebenden Organismus die Hauptquelle für chemisch verwertbare Energie. Unter aeroben Bedingungen (in Anwesenheit von O2) werden die Kohlenstoffatome der Substrate letztlich zu CO2 und die Wasserstoffatome zu H2O oxidiert.

Eine Oxidations-Reduktions-Reaktion schreibt man:

bioox1

Die Schreibweise bedeutet: Vom reduzierten Substrat Sred werden Elektronen auf Aox übertragen. Dabei wird Sred zu Sox oxidiert und Aox zu Ared reduziert. Da Reduktions- und Oxidationsvorgang stets gekoppelt sind, spricht man von Redox-Reaktionen; die beteiligten Enzyme heißen Oxidoreduktasen. Bei gleicher Konzentration bestimmen die Redoxpotentiale der Partner, welche Richtung der Elektronenfluss nimmt, d.h. in welcher Richtung die Reaktion spontan abläuft.

Mehrere Redox-Reaktionen können zu einer Elektronentransport-Kette verbunden sein, z.B.:

bioox2

Die Redoxpotentiale werden von links nach rechts positiver; die Elektronen werden auf den Sauerstoff übertragen. In Zellen aerob lebender Organismen werden die Elektronen des Substrat-Wasserstoffs in der Atmungskette ebenfalls auf Sauerstoff übertragen. Dieser Vorgang findet in den Mitochondrien an Enzymsystemen statt, die in der inneren Membran lokalisiert sind. Die Substrate mit stark negativen Redoxpotentialen, welche die Elektronen an die Atmungskette liefern, stammen aus dem Intermediärstoffwechsel (Citratzyklus, Aminosäureabbau, Glykolyse, Fettsäureabbau). Die Elektronentransportkette in der Mitochondrienmembran ist an die Synthese energiereicher Phosphate gekoppelt (oxidative Phosphorylierung).

Versuchsaufbauten:

Zum Skript Versuch Biologische Oxidation (pdf)