Wie läuft der Komplex 4 der Atmungskette ab?

Der Komplex IV der Atmungskette, auch als Cytochrom-c-Oxidase bekannt, ist der letzte Enzymkomplex in der Elektronentransportkette der Mitochondrien. Er spielt eine entscheidende Rolle bei der Zellatmung und der Produktion von ATP. Hier ist eine detaillierte Beschreibung des Ablaufs:

1. **Elektronenübertragung**: Elektronen werden von Cytochrom c auf den Komplex IV übertragen. Cytochrom c ist ein kleines Hämprotein, das Elektronen von Komplex III (Cytochrom-bc1-Komplex) zu Komplex IV transportiert.

2. **Redoxreaktionen**: Innerhalb des Komplexes IV gibt es mehrere Redoxzentren, darunter zwei Hämgruppen (Häm a und Häm a3) und zwei Kupferzentren (Cu_A und Cu_B). Die Elektronen durchlaufen diese Redoxzentren in einer spezifischen Reihenfolge:
- Zuerst werden die Elektronen auf das Cu_A-Zentrum übertragen.
- Von dort gelangen sie zu Häm a.
- Schließlich werden die Elektronen auf das binukleare Zentrum, bestehend aus Häm a3 und Cu_B, übertragen.

3. **Sauerstoffreduktion**: Das binukleare Zentrum (Häm a3 und Cu_B) bindet molekularen Sauerstoff (O₂). Die Elektronen, die durch die Redoxzentren transportiert wurden, reduzieren den Sauerstoff zu Wasser (H₂O). Dieser Prozess erfordert vier Elektronen und vier Protonen (H⁺) aus der mitochondrialen Matrix:
\[ O₂ + 4e⁻ + 4H⁺ → 2H₂O \]

4. **Protonenpumpen**: Während der Elektronentransport und die Sauerstoffreduktion ablaufen, pumpt der Komplex IV Protonen aus der mitochondrialen Matrix in den Intermembranraum. Dies trägt zur Bildung eines Protonengradienten (elektrochemisches Potential) über die innere Mitochondrienmembran bei.

5. **ATP-Synthese**: Der Protonengradient, der durch die Aktivität aller Komplexe der Atmungskette aufgebaut wird, treibt die ATP-Synthase an, die ATP aus ADP und anorganischem Phosphat (Pi) synthetisiert.

Zusammengefasst katalysiert der Komplex IV die Übertragung von Elektronen von Cytochrom c auf molekularen Sauerstoff und pumpt dabei Protonen in den Intermembranraum, was zur Bildung des Protonengradienten beiträgt, der für die ATP-Synthese notwendig ist.