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Atmung im Körper Glycolyse Oxidative Decarboxyilierung Tricarbonsäurezyklus

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LERNZETTEL STOFFWECHSEL ATMUNG Äußere Atmung: Von der Haut oder dem Atemorganen gelangt Sauerstoff ins Blut, wird durch Diffusion und Transportmechanismen in allen Zellen verteilt Innere Atmung: ,,Verarbeitung“ von Sauerstoff in den einzelnen Zellen, Sauerstoff wird aufgenommen- CO2 abgegeben (Nährstoffe wie Glucose müssen zur Verfügung stehen) Dissimilation: Abbau und Verbrauch von Körpersubstanz bei gleicher Gewinnung von Energie MITOCHONDRIEN ● Im wesentlichen an der inneren Atmung von ATP beteiligt Vermutung: Anzahl der Mitochondrien steht in Verbindung mit dem Energiehaushalt einzelner Gewebe Von einer Hülle aus 2 Membranen umgeben Durch Cristae entsteht eine große Oberfläche Glucose wird nicht in einem Schritt, sondern mit Ziwschenreaktionen: Glycolyse, Tricarbonsäurezyklus, Endoxidation Nicht alle Teilreaktionen laufen in den Mitochondrien ab Die Matrix: - Interne Flüssigkeit - Man findet: eigene ringförmige DNA, Ribosomen und kleine Vesikel Aufbau äußere Membran innere Membran Christae innere Membran Christae Matrix DNA äußere Membran Matrix Ribosom Vesikel LERNZETTEL STOFFWECHSEL GLYKOLYSE H HO CH₂OH H OH H H OH C6H12O6 Glucose Glucose = Energiereicher Stoff, aber reaktionsträges Molekül Darin enthaltene chemisch gebundene Energie kann verfügbar gemacht werden O Glucose wird Stufenweise zu CO2 und H2O verarbeitet (Energiearme Stoffe) ATP wird durch freigesetzte Energie gebildet Ersten Abbauschritte finden im Zellplasma statt, folgende in den Mitochondrien C6H1106-P Glucose-6-phosphat F H OH Fructose- 1,6-bisphosphat 2 H₂O 2 P-C3H503 PGA (Phosphoglycerin- aldehyd) entstrich Die Stoffe liegen überwiegend nicht als freie Säuren, sondern als dissoziierte Salze vor. Statt von Citronensäure müsste man also korrekter von Citrat sprechen. Da die Untersuchung der Reaktionsschritte leichter mit den Formeln der freien Säu- ren möglich ist, werden diese hier verwendet. ATP 2 NAD+ ADP ATP ADP 2 NADH + H+ 2 ADP +2(P 2 H₂O 2 ATP H₂C-C-COOH 2 C3H403 BTS (Brenztraubensäure) Redoxsystem 1 Schema von Glykolyse und Tricarbonsäurezyklus 2P-C3H303 Phosphoenol- brenztraubensäure (Phosphoenolpyruvat, PEP) 2P-C3H504 PGS...

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(Phospho- glycerinsäure) Cytoplasma 3 Glucose wird aktiviert und gespalten Wird durch Übertragung einer Phosphatgruppe vom ATP aktiviert: ADP, Energiezufuhr zu dem Molekül Erneute Energiezufuhr (ATP-ADP) Phosphatgruppe wird hinzugefügt, Fructose-6- phophat entsteht, energiereich und reaktionsfreudig Aufspaltung in 2 C3 Körper (PGA) Oxidation zur Brenztraubensäure 2 Wasserstoffatome werden auf NAD+ übertragen: NAD+H+ Vorgang liefert Energie: aus ADP und Phosphat kann ATP entstehen Über Zwischenstufen wird PEP gebildet, die ihre Phosphatgruppe auf ADP übertragen kann: ATP Endprodukt ist Brenztraubensäure (BTS) Noch ist kein Sauerstoff beteiligt: Reaktion ist anaerob Nächsten Reaktionsschritte laufen nicht mehr im Cytoplasma ab, sondern im Mitochondrium LERNZETTEL STOFFWECHSEL TRICARBONSÄUREZYKLUS H₂O H₂O NAD+ NADH + H+ C4H405 Oxalessigsäure C4H605 Äpfelsäure C4H4O4 Fumarsäure Mitochondrienmatrix C3H403 NAD+ Brenztraubensäure C₂H3O-S-COA aktivierte Essigsäure NADH + H+ NAD+ CO2 NAD+ NADH + H+ С6H807 Citronensäure NADH+ H+ FADH2 ADP+ P FAD ATP U U C4H604 Bernsteinsäure H-S-COA CO2 H₂O C5H605 a-ketoglutarsäure H-S-COA CO₂ C4H5O3-S-COA Bernsteinsäure-CoA Oxidative Decarboxylierung Abspaltung CO2 von BTS Molekülbruchstück wird oxidiert mithilfe von Enzym, NAD+ = NADH+H+ BTS wird zu einem C2 Körper (aktivierte Essigsäure) Oxidation und CO2 Abspaltung Essigsäure (C2 Körper) wird mit Oxalessigsäure (C4 Körper) zu Citronensäure (C6 Körper) verbunden Zweimalige Oxidation wodurch je aus NAD+ NADH+H+ wird, es entsteht Bernsteinsäure (C4 Körper) Regeneration der aktivierten Essigsäure Rezeptors Bernsteinsäure (C4 Körper) wird zweimal oxidiert: es entstehen FADH2 und NADH+H+ Als Resultat entsteht Oxalessigsäure, welche als Rezeptor für den neuen Zyklus dient BTS wird zu Beginn an einen Mulitenzymkomplex aus mehreren Enzymmolekülen angelagert, welcher mehrere Reaktionen katalysiert Durch Glykolyse, oxidative Decarboxylierung und Tricarbonsäurezyklus sind nun alle C-Atome von dem verwendeten Glukosemolekül zu CO2 verarbeitet LERNZETTEL STOFFWECHSEL ENDOXIDATION Intermembranraum Innenmembran außen Matrix innen 2 H+ FMN 2e- NADH+H+ H+ H+ wird 2e H+ O H+ 2 H+ NAD+ 1 Vereinfachtes Schema der Atmungskette FADH2 15 griner Phil weg Ubichinon H+ H+ FAD 2e +H 2 H+ Protonen gradient H+ Cytochrom b H+ 2e- H+ H+ Cytochrom c graha Pfal weg H+ H+ 2e- +H 2 H+ Cytochrom a 0²- 2 H+ 2e H₂O H+ H+ 1/2 02 Bei bisherigen Reaktionen ist der Gewinn an Energie sehr klein: pro Mol Glucose nur 4mol ATP Elektronentransport immer an H+ Ionentransport aus dem Matrix- in den Intermembranraum gekoppelt Entstehung eines Konzentrationsunterschiedes (Protonengradient) 2 H+ Aber große Anzahl an Wasserstoffatomen steht zur Verfügung, welche in einer exergonischen Reaktion mit Sauerstoff reagieren und Wasser bilden, wobei ATP aufgebaut Reaktionsschritte finden an der inneren Mitochondrienmembran statt Große Zahl an Redox Cosubstrate eingelagert Außerdem wird hier das Mitpchondrium in 2 Räume gegliedert: Matrixraum, Intermembranraum H+ Niedrigste Redoxpotenzial hat NADH+H+ O Kann in einer exergonischen Reaktion Elektronen an das benachbarte FMN- Redoxsystem abgeben O H+ lonen werden abgeben (Protonen) in den Intermembranraum O PH Wert im Intermembranraum sinkt Ubichinon System nimmt gleichzeitig Elektronen und Protonen auf (Protonen aus dem Matrixraum, welcher immer weniger hat) O Weitergabe der Elektronen an verschiedene Cytochrome (Redoxsysteme) O Dabei Abgabe von H+ lonen in den Intermembranraum Letzter Redoxschritt werden Elektronen auf Sauerstoff übertragen, wodurch zusammen it den H+ lonen Wasser entsteht H+ X LERNZETTEL STOFFWECHSEL CHEMIE OSMOSE H+ H+ H+ H+ +H H+ H+ ATP WWW M Ox DO H+ H+ ■ H+ H+ + + ■ ■ +H H+ H+ H+ H+ H+ H+ H+ H+ H+ H+ + + + + WWW ATP ADP H+ +OH 71 H₂O H+ Protonenpumpe (Endoxidationsenzyme) 1 ATP-Produktion durch die ATP-Synthase Vergleich mit einem Stausee: Wasser wird in einem höheren Niveau gespeichert, ähnlich ist es mit dem Mitochondrium und der höheren Protonenkonzentration im Intermembranraum welche Energie speichert Intermembranraum Wasserstrom durch Turbine= Energie Rückstrom der Protonen durch die innere Mitochondrienmembran durch einen Enzymkomplex (ATP-Synthese) (Turbine) Struktur: Matrix 3 Proteinkomplexe arbeiten in einem ATP Synthese Köpfchen zusammen O ATP Synthese erfolgt zeitlich versetzt O ATP Synthese erfolgt in 3 Schritten (dreht sich nach jedem Schritt um 120°) Bindungsstelle nimmt ADP und Phosphat auf Durch Anlagerung von Protonen wird sie verformt und bringt ADP und Phosphat so nahe zusammen, dass sich beide zu ATP verbinden Eine weitere Drehung, die durch den Protonenstrom ermöglicht wird, setzt das ATP frei Abbau von 1mol Glucose ermäglicht Aufbau von ca 38mol ATP O In den ersten Reaktionen werden nur 4mol ATP gebildet, Rest von 34mol ATP wird eben durch Endoxidation und darin beinhaltende Chemieosmose gebildet

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