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VERSUCHSGRUPPE 2:ATMUNG
2c
Modell der Atmungskette
Thorsten Nelius
Gruppe 33
19. Mai 1999
EINLEITUNG:
Die sog. Atmungskette ist im katabolen Stoffwechsel der meisten Pflanzen derjenige
Abschnitt, welcher am meisten Energie liefert. In einer kaskadenartigen
Elektronentransportkette werden eine Reihe hintereinanderliegender Redoxsysteme
schrittweise durch Aufnahme von Elektronen reduziert. Die Elektronen werden vom NADH
(das beim Abbau von Nährstoffen entsteht Glykolyse, Citratzyklus) am "oberen" Ende der
Redoxkette eingebracht und am "unteren" Ende auf molekularen Sauerstoff übertragen, der
sich mit zwei Protonen (ebenfalls aus NADH) zu Wasser verbindet. Sauerstoff ist hier der
Elektronenakzeptor.
Man kann diesen Elektronentransport auch im Modellversuch anschaulich darstellen: Man
benötigt einen Elektronendonator, einen Elektronenakzeptor und ein zwischengeschaltetes
Redoxsystem, das in seinen Potentialen so abgestuft sein muß, daß Elektronen vom Donator
über ein Potentialgefälle zum Akzeptor fließen können. Auch müssen Protonen vom
Elektronendonator auf den E.akzeptor O2 übergehen können. (H+ Donator = e- Donator und
H+ Akzeptor = e- Akzeptor) Anschaulich wird diese Modellatmungskette, wenn man
Redoxsysteme benutzt, die beim Übergang in einen anderen Zustand ihre Farbe wechseln.
MATERIAL UND METHODE:
Siehe Skript S.7
VERSUCHSERGEBNISSE:
Die anfangs blaue Lösung entfärbt sich nach kurzer Zeit. Durch Schütteln wird die Färbung
wiederhergestellt.
Nach mehrmaligem Schütteln konnte mit einer Tropfpipette, die an das System angeschlossen
wurde eine Farblösung aufgenommen werden. (nur sehr schwacher Effekt!)
AUSWERTUNG:
Als e- und H+ Donator fungiert hier Cystein (Cys-SH), welches Elektronen an Fe3+ abgibt, das
seinerseits zu Fe2+ reduziert wird. Fe2+ überträgt im nächsten Schritt Elektronen auf
molekularen Sauerstoff, der zu O2- reduziert wird. O2- reagiert mit 2H+ vom Cystein zu H2O.
Ein Cystein - Fe(III) - Komplex ist im Gegensatz zum Cystein - Fe(II) - Komplex blau
gefärbt. Man kann also an der Farbe der Lösung jeweils den Zustand des Systems erkennen:
Solange Fe2+ - Ionen und O2 in der Lösung vorliegen läuft die Reaktion ab (falls genug
Cystein in der Lsg. Vorliegt). Wenn der gelöste Sauerstoff verbraucht ist, kann Fe2+ nicht
mehr zu Fe3+ oxidiert werden  die Lösung wird farblos. (vorrausgesetzt es ist genügend
Cystein vorhanden) Durch Schütteln geht ein Teil des molekularen Sauerstoffs über der
Lösung wieder in Lösung, die Reaktion kann weiterlaufen. Sie kommt erst zum Stillstand,
wenn kein O2 oder kein Cystein mehr vorhanden ist.
Durch den Sauerstoffverbrauch entsteht in der Gasphasen über der Lösung ein Unterdruck,
der durch das Aufsteigen der Farblösung in der angeschlossenen Pipette verdeutlicht werden
kann.
Dies ist nur ein sehr einfaches Modell der Atmungskette, die in der Natur viel komplexer
abläuft. Die Atmungskette ist eine Anordnung mehrere Redoxsysteme, die enzymatisch
katalysiert werden. Außerdem wird in diesem Modellversuch keine Energie gewonnen.
ZUSAMMENFASSUNG:
Dieser Versuch veranschaulicht, daß mehrere Redoxsysteme hintereinander geschaltet werden
können. Die Atmungskette, wie sie in der Natur vorkommt läßt sich hierdurch jedoch nur sehr
ungenügend darstellen.