Elektronenbilanz

Elektronenbilanz bezeichnet in Biologie, Biochemie und Umwelttechnik eine Methode, mit der Elektronenströme in einem Stoffwechsel- oder Reaktionssystem gemessen und ausgeglichen werden. Ziel ist es, alle Elektronen, die aus Redoxreaktionen stammen, den Elektronenakzeptoren gegenüberzustellen, um den Redoxhaushalt und die energetische Bilanz des Systems nachvollziehbar abzubilden.

Grundprinzip ist die Erhaltung der Elektronen. Jedes Substrat kann Elektronen abgeben, während Akzeptoren diese Elektronen aufnehmen. In der Praxis arbeitet man oft mit Elektronenäquivalenten, zum Beispiel NADH, NADPH oder FADH2, die als Träger fungieren. Die Bilanz vergleicht die Elektronenquellen mit den Elektronenakzeptoren; Abweichungen weisen auf zusätzliche Reaktionswege oder Reduktionsvorgänge hin, die noch berücksichtigt werden müssen.

In der zellulären Atmung stammen die Elektronen überwiegend aus Substraten wie Glukose, deren Elektronen über NADH/FADH2 an die Elektronentransportkette weitergegeben werden. Am Ende werden sie auf Sauerstoff übertragen und zu Wasser reduziert, was ATP-Synthese ermöglicht. Unter anaeroben Bedingungen regenerieren Zellen NAD+ durch Fermentation, etwa Bildung von Lactat oder Ethanol, wodurch Elektronen auf andere Akzeptoren übertragen werden.

Anwendungen der Elektronenbilanz finden sich in der Stoffwechseleologie, der Systembiologie, dem Bioreaktor- und Umweltengineering. Sie dient der Validierung von Stoffwechselmodellen, der Planung von Fermentationsprozessen sowie der Bewertung der Redoxlast in Abwasserbehandlungsprozessen. Die Methode bietet eine konsistente, quantitativ begründbare Grundlage zur Analyse von Redoxnetzen in lebenden Systemen.