Zellatmungs-/Gärungsproblem, das zu Energiemangel führt

Ein junges Tier hatte noch nie viel Energie. Er wird zu einem Tierarzt gebracht und für einige Tests in die Tierklinik geschickt. Dort entdecken sie, dass seine Mitochondrien nur Fettsäuren und Aminosäuren für die Atmung verwenden können und seine Zellen mehr Laktat als normal produzieren. Was ist die beste Erklärung für seinen Zustand?

A) Seinen Mitochondrien fehlt das Transportprotein, das Pyruvat durch die äußere Mitochondrienmembran transportiert.

B) Seine Zellen können NADH nicht aus der Glykolyse in die Mitochondrien transportieren.

C) Seine Zellen enthalten etwas, das den Sauerstoffverbrauch in seinen Mitochondrien hemmt.

D) Seinen Zellen fehlt bei der Glykolyse das Enzym, das Pyruvat bildet.

E) Seine Zellen haben eine defekte Elektronentransportkette, also geht Glukose zu Laktat anstatt zu Acetyl-CoA.

Antwort: A

A) Ausgehend von dieser Annahme würde sich also Pyruvat im Zytosol der Zelle ansammeln. Ich sehe jedoch nicht ein, warum Laktat gebildet werden sollte. Bei einem Mangel an NAD+ bildet sich Laktat. In diesem Fall gibt es mit NAD+ kein Problem. Das gesamte NADH wird durch die Elektronentransportkette in den Mitochondrien zu NAD+ recycelt.

B) Ich weiß nicht, was in diesem Fall passieren wird. Zu viele widersprüchliche Faktoren. Kann jemand erklären?

C) Das ist eindeutig nicht richtig. Ohne O2 gäbe es nur Milchsäuregärung; das Protein und die Fettsäuren würden nicht verwendet werden.

D) Wenn Laktat gebildet wird, muss Pyruvat gebildet worden sein.

E) Die Elektronentransportkette muss funktionieren. Siehe C). Gleiche Erklärung.

Also debattiere ich zwischen A und B. Kann jemand erklären, warum das Lehrbuch A sagt?

EDIT: Wenn mir jemand einen Schritt-für-Schritt-Ansatz zur Lösung dieses Problems geben könnte, würde ich es wirklich schätzen. Dies soll ein Herausforderungsproblem sein, das nicht repräsentativ für Testfragen ist, aber ich möchte es trotzdem vollständig verstehen.

Antworten (1)

Die kurze Antwort
(A) ist eine mögliche Antwort und tatsächlich ein Grund für Ermüdung, da Pyruvat für den Ablauf des Krebszyklus benötigt wird. Der Krebszyklus ist ein wesentlicher Schritt bei der Erzeugung von ATP in aeroben Organismen. (B) ist falsch, da NADH in keinem Organismus in die Mitochondrien transportiert wird (es ist eine unsinnige Antwort).

Hintergrund
NADH wird nicht in die Mitochondrien transportiert. Stattdessen werden seine Elektronen in die Mitochondrien transportiert, und ich zitiere aus Berg et al. (2002) :

NADH kann nicht einfach in die Mitochondrien zur Oxidation durch die Atmungskette gelangen, da die innere Mitochondrienmembran für NADH und NAD+ undurchlässig ist. Die Lösung besteht darin, dass Elektronen von NADH und nicht von NADH selbst durch die Mitochondrienmembran transportiert werden. Eine von mehreren Möglichkeiten, Elektronen aus NADH in die Elektronentransportkette einzuführen, ist das Glycerol-3-Phosphat-Shuttle (Abb. 18.37).

E-Shuttle

Elektronen von NADH können in die mitochondriale Elektronentransportkette eintreten, indem sie verwendet werden, um Dihydroxyacetonphosphat zu Glycerin-3-phosphat zu reduzieren. Glycerol-3-phosphat wird durch Elektronentransfer zu einer prosthetischen FAD-Gruppe in einer membrangebundenen Glycerol-3-phosphat-Dehydrogenase reoxidiert. Die anschließende Elektronenübertragung auf Q zur Bildung von QH2 ermöglicht es diesen Elektronen, in die Elektronentransportkette einzutreten.

Daher ist (B) falsch.

EDIT : Warum sollte nun in (A) Laktat gebildet werden? Pyruvat reichert sich in der Zelle an, da es nicht in die Mitochondrien transportiert werden kann. Da die Laktatdehydrogenase Pyruvat als Substrat hat, wird das Gleichgewicht dieser Reaktion nach rechts verschoben und Laktat wird gebildet:

LDH Quelle: Wikipedia-Seite über Laktatdehydrogenase

Der Mangel an Glukoseoxidation nimmt aeroben Organismen die Hauptenergieversorgung weg, was zu Ermüdung führt. Laktataufbau kann auch Ermüdung hervorrufen.

Referenz
Berg et al. Biochemie 2002, Freeman, New York

Warum sollte A eine Ursache für Müdigkeit sein? Laktat wird nicht gebildet.
Nehmen wir auch an, dass B sich auf die Elektronen von NADH und nicht auf NADH an sich bezog, nur damit ich sicher sein kann, dass ich die Biologie dahinter verstehe.
(B) ist einfach nicht wahr, da die Behauptung falsch ist – gesunde Hunde können NADH auch nicht durch die Mitochondrienmembran bewegen. Es ist einfach eine unsinnige Antwort. Ich habe eine Erklärung hinzugefügt, warum Laktat gebildet wird.
Laktat als solches kann Müdigkeit verursachen, @ChrisStronks. Die Ansammlung von Laktat führt zu einer Azidose, die dann zu Müdigkeit führt.
Sehr schöne Antwort
Zellatmungs-/Gärungsproblem, das zu Energiemangel führt
AntwortenHierDatenschutz-Bestimmungen1y, 0v