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a (AR) Anderung der freien Energie 4 DG O (negativ) exergonische Reaktion LEnergie wird frei) tauschen Stoffe und Energie mit ↳ chem. Gleichgewicht schnea erreicht EP Basiskonzept der Biologie zur aufgenommenen (haswechse() (zuführung von Energie) biologische systeme (lebende ellen) Energie wird aus der Nahrung → Kohlenhydrate gewannen k] /no1 sauerstoff bei der umsetzung versch. nur 40% der Energiemenge von Glucose kann der Körper nutzen aus Bewegungsenergie umgewandelt mit umgebung austauschen, aber Energie 0₂ -Menge 1 Reaktionskette. chemische Umwandlungen, die in mehreren Teilreaktionen stattfinden → Fließgleichgewicht: Konzentration der zwischenprodukte immer unverändert 4 chem. Gleichgewicht der Reaktionen wird nicht erreicht, sondern angestrebt oder Fettsäure gewonnen wurde => Energie übertragung durch ATP : → coenzym ATP kurzfristiger Energiespeicher Exerganische und endergonische Reaktionen sind über das ATP miteinander gekoppelt: Die bei exergonischen Reaktionen freiwerdende Energie wird genutzt, um eine 4 ↳ (nicht langfristig, da es auch regulatorische Funktionen hat) Nährstofte frei wird Daner wird kontinuierlich Energie freigesetz + 4 ADP + P ATP →Die bei der Abspaltung ATP AOP +P =ole abgespaltene Fast alle Lebewesen sind abhängig von Licnienergie (→ Fotosynthese → Glucose) alucose arent den PHanzen Bum Aufbau von körpereigenen softe und eur Energieversorgung offene Systeme clebewesen? sind an stoff- und Energie umwandlungen gebunden nur dadurch können are CAG 30.6 kjima!) CAR - 3016 k] (mai) Phosphatgruppe kann auch auf andere dies aktiviert dre Moletule Endergonische Reaktion 4 Glucose dient den Menschen und Tieren als Nährstoffe → können körpereigene statte aufbauen ran einer phosphalgruppe (P) freiwerdende Energie kann für endergonische Reaktionen genutzt werden und macht are reaktionsbereit → Energieübertragung Phosphatgruppe (P) an ein AOP -Molekül zu binden ist mit der exerganischen spaltung von ATP gekoppelt leben, wachsen una sich fortpHanzen zellatmung CATP in rưtochondrien) → kein chem. Gleichgewicht Moleküle übertragen werden → Phosphorylierung Cimmer Abgabe von wärme) ATP kann schnell von den Mitochondrien in energrebenötigende Bereiche der zelle transportiert werden catent dort für enderganische Reaktionen zu verfügung) Lo räumliche und seitliche Trennenung von Energlefreisetzung und Energieverbrauchs möglich stoffumwandlungen eng an Energieumwandlung geknüpft Glucoseabbau im Überblick: zellatmung: C6H₁2O6 + 6 0₂ Ort: 1 C6 H₁₂ 06 4 ein Teil der chemischen reilprozesse 38 ATP nor (1) alycolyse (2) Mitochondrien (3) منين oxidative (4) Atmungskette C+ ATP-Synthese) (außer Glycolyse) ↳ Anzani der mitochondrien varliert je nach stoffwechselaktivität Citratzyklus Decarboxylierung (von Pyruvat) -innere nembran äußere nembran 0 Mitochondrium PHOLONG! • Oxidation von alycerin-3-phosphat Glykolyse Ribosom 4 intermembranowm 6 0₂ + 6H₂0 Energie (von Glucose) (2) oxidative Decarboxylierung: Pyruvat I wird mit carrier C6H12O6 + 2NAD¹ + 2 ADP + P ans presero ATP- Gewinn: Abspaltung bei Phosphatgruppen • 2 ADP Endprodukt Pyruvat bzw. Brenz trauben säure · Bilanz Pro Glucosemolekül werden 2 ATP und →Mitochondrien sina + außere Hembran aus Fanawenen, die nur bestimmie navelive partieren können (3) citratzyklus: Oxalacetat (Cu) ist Akzeptor von Acetyl- COA · Acetyl-COA ((₂) wird aum 1. Produkt - innere Freman K forduren canter leer aanden werden (ode Citra Nyklus: Lo pro (3-Körper werden 1 ATP und A NADH +H* gewonnen Abspaltung von einem CO₂ - Molekül pro awcose - Molecul. 2 Pyruvat + 6 NAD + 1.3- Biphosphoglycerat Der verbleibende Cz-körper wird an (4) Atmungskette.. ziel' in alucose gespeicherte Energie in ATP voraussetzung: - Kohlenstoff atome vollständig 4₂ NADH +HT Pro Glucose Molekül werden 2 CO₂ → komplex 4 gibt jeweils in der matrix viele (ra-1 En Homen Lochnagrion winnen sich durch sessing vermehren und manche Proteine acest Pin oxidative Phosphorylierung! ins innere des L (C-Körper) (1) Glycolyse: Aktivierung eines Glucosemolekuls →wird reaktionsbereit. Durch übertragung der Phosphatgruppe, die bei der spaltung von ATP EU ADP frei wird spaltung in 2 C3-Körper: alycerinaldehyd-3-phosphat (reactionsfähig) Dinydroxyacetonphosphat cnicht reaktionsfähig) →wird stetig in Glycerinaldehyd-3-phosphat umgelagert Elektronen (4 von NADH +H' L Bildung von NAOH +H+ und FADH₂ FADH₂ überträgt inre ↳ FROH ₂ FAD + 2 H+* wird in chemische Energie in Form von ATP umgewandelt 4 ATP, 2 NADH+H* gewonnen 2 Pyruvat + 2 NADH+H* + 2 ATP 2 ADP + P لاج Atmungcette aus 10 NADH + H+ und + 2 P coenzym das sawerstoff-lon verbindet NAD + 2 H → innere Hitochondrienmembran besitzt → An 1. Komplex gibt NAOH + H+ 2 Elektronen ab Elektronen (2) umzuwandein und 2 CO₂ oxidiert & FADH₂) (- Decarboxyllerung) Protonengefälle. - Beim Abgeben von Elektronen von einem Mitocho nariums transportiert also für A gebunden ( Acetylgruppe wird auf oxalacetat übertragen → citrat - citrat ((6) Elektronen an ein Glykolyse Glucose (₂) ↓ 2 Pyruva (₂) 2ATP + 6H ₂0 4 2 FAO sich dann bilden aus ADP + P - PTP 2 PADH ₂ → 34 PTP 2 ATP 2 NADH+H+ auf den komplex 2 Erst die oxidation von NADH + H Lo pro FADH₂ → 2 ATP- MORKÜLe 10 NADH+H+, 2 FADH₂ ↳ wird vom 1.3.4 complex genutzt, um Protonen NAOH+H+ gewonnen 4 protein komplexe C+ AND-Synthase) mit pro NAOH+H+ →3 ATP Moleküle + stoffabbau und ATP-synthese von großer Bedeutung 2 CO₂ (NEHO) Mitochondrium oxidative Decarboxy lierung sie von ATP-synthase zum ATP- Aufbau genutzt wird Elektronen von oxidation + wasserstoff werden ave NAD" überragen Cytoplasma und saverstoff-Atom ab 12 H₂O z Acetyl- Coff Produkte. 2 Acetyl - COA ED Protonen können nur durch den kanal der ATP-synthase in die Matrix u 20₂ Lo Aufbow eine Protonengerälles (consentrations-/Ladungsgetälle) Energiespeicherung ATP-synthese. ATP-synthase. Enzym in der inneren mitochondrienmembran, die mit FADH₂ 6NADH+H+, 2 FADH₂ Citrat zyklus aus der Matrix ↓↓ 4C0₂ 2 ATP Protonen gelangen durch den Protein komplex 1 in den intermembranraum bei jedem Komplex führt zur una 2 protonen (HF) aus der Martx ZU Atmungskette und oxidative Phosphorylierung werden über die beweglichen Membranproteine über komplex 3 ZU komplex complex an den anderen wird Energie frei Bloogle neure $11 3.49 84 ATP →wird & NADH+H+ + 2 ATP 2 NADH+H+ $5 H₂O → mit kanal durch zogen + einem für energieverbrauchende Reaktionen genutzt 2 FADH₂ ein kanal durchzogen sind Alycolyse Cytoplasma in den intermembranraum EU pumpen oxidative Decarboxylterung mitochondrien (Matrix) C(HQIPYKLUS: Mitochondrien → natrix Atmungskette oxidative phosphorylierung Endoridation (pro 4-Körper- nicht pro Pyruvat !) gelangen - bei der Diffusion Phosphorylierung von ADP zu Arp wassermolekül alucase 6 phosphal - NADH+H" wird 4 transportiert Mitochondrien → Innere Membran →weitere Umlagerungen die in dem Protongerälle gespeicherte Energie frei, sodass Atmungskette Bilanz Gärungen chemiasmotisches Modell der ATP- Bildung. oooooo Glucose 2 ADP + P 2 ATP ·2 NAD* ^2 NADH+H* 000 2 Pyruvat äußere Mitochondrien- membran 2 CO₂ A H* innere Mitochondrien- membran vorgang Glycolyse atratzyklus NADH+H* →→→→NAD* +2 H* oxidative Decarboxylierung Atmungskette OO 2 Ethanol alkoholische härung H+ OO →2 Ethanal H* Komplex 1 H+ H* 2 H* 2 NADH +H* 10 → Energiefreisetzung. Stoffwechseweg, der z. B. alucase ohne Sauerstoff (zufuhr) abbauen pann FADH₂ FAD +2 H* H* Komplex II 0 FADH₂ 2 2 NADH + H+ H+ ↳ wenn 4 → osmose. FlUSS aer Protonen in Richtung des conzentrationsgradienten corffusion) → Redoxsysteme. system, dass Elektronen H* H+ L H+ Komplex III- Redoxpotential: Bereitschaft des systems die Elektronen aufzunehmen oder abzugeben ATP Regeneration von NAD: Bei der ↑ Electronenabgabe wird Energie frei 2 L NAOH+H* und FADH₂ naben das negativste Redoxpotential sauerstoff das positivite Potencial Lage energie → chem. Energia 4 H* 34 38 - 2 crransport) H* H* in der Glykolyse wird alucase 20 2x Pyruvat gespalten → Entstehung von 2 ATP ( kompletter Energiegewinn) + H+ Je positiver das Redoxpotential, umso größer ist das Bestreben Elektronen aufzunehmen in der Atmungskette sind die Redoxsysteme (Protein komplexe) nach immer positiver werdenden Redoxpotentialen ( Electronen können nur an ein Redox system mit negatives Redox potential Redoxsystem mit hohem Bestreben, Elektronen aufnehmen und abgeben kann Bei der Atmungkette wird durch die Elektronen übertragung die Energie nur portionsweise frel → Energieumwandlung. → komplex 1.3.4 pumpen mit der freigesetten Energie Protonen gegen das Konzentrationsgetalle in den intermembranrowm → Reduction 24 Ethanol H* 1/1/20₂1 alkoh. Gärung: → Abspaltung von CO₂ Ethanal mithilfe von NADH+H* →NAD H* Energie wird dabe in cageenergie umgewandelt und im Protonengetalle gespeichert. Protonen durch die ATP-synthase zurück in alle Matrix gepumpt werden, wird portionsweise 2 ADP + P 2 ATP + Milchsäureg. → Reduction von Pyruvat zu cactat LNADH+H+ -NAD H+ Komplex IV ATP-Synthase- oooooo Glucose 000 2 Pyruvat H* ADP + P -2 NAD+ Intermembran- raum 2 Ht 2 NADH+H* Milchsäuregärung H+ Matrix ATP positiveren Redoxpotential abgegeben werden) Je höner die Differenz der jeweiligen Potennale, desto menr Energie wird frei 2 Lactar 1₂0 Icin welchem Maße) abzugeben ·reagieren nicht sofort miteinander, da sonst schlagartig die gance Energie frei werden würde & die zelle sie nicht komplett verwerten könnte Energieverschwendung Protonengerälle geordnet =1 energie für eine ATP-Bildung frei Durch die zellatmung caerobe assimilation) werden. Es ist aus energetischen Gründen daner sinnvoll, nur bei niedriger NAD+ - Konzentration Energie durch die Michsäuregärung zu gewinnen. L NAD+ - Mangel entsteht, wenn ein soverstoffmangel vorliegt, denn dann kann mehr ATP synthetisiert kann die Atmungskette nicht mehr ablouten wasser reagieren) und somit gibt es beine ( sauerstoff kann nicht zu NAD+ - Regeneration. Verknüpfungen im Zellstoffwechsel anabole Stoffwechselketten Lo → katabole Anabolismus (Resamtheit solcher Reaktionen) Stoffwechselketten: • abbauende Stoffwechselketten caus komplexen Molekülen einfache) katabolismus (zellatmung) Lo Die bei katabolen Reaktionen freigesetzte nutzbare Energie wird von der zelle zum Antreiben anabole Reaktionen genutzt 1 Die zwischenprodukte der Glykolyse und des atratzyklus werden als Rohstoff für ale Synthese cAufbau) anderer Biomoleküle genuret in den Stoffwechselweg des Glucoseabbaus münden weitere anabole Stoffwechselketten, zum Beispiel der Abbau van Aminosäuren und Fettsäuren Regulation der Zellatmung C) ADP +P negative Rückkopplung Enzym (Phosphofructokinase) wira am Anfang der Stoffwechselkette durch none konzentration des Endproducts genemm+t positive Rückkopplung none ADP - kontentration aktiviert Phosphofructokinase →ADP - Molekule positive Effektoren - höherer verbrauch van Phoyonotructokinase aufbauende Stoffwechselketten - Regulation Homöostase. Autrechterhaltung von Gleichgewichtszuständen durch Regulationsvorgänge Regulation des resame stoffwechsels einer zelle erfolgt durch Regulation der zellatmung Muskelkontraktion - = Regulation POP P noch an myasintöpfchen (2) Bindungsstellen der Actinfilamente werden durch einen Nervenimpuls frei an ryds inköp Chen (3) myosinköpfchen (mit AOP +P) binden an Bindungsstelle (Actinfilamente) L. Bei honer ATP- Komentration in der Zelle lagern sich die Arp - Moleküle als negative Effektoren an die zentren der Phosphotructokinase, die die Glykolyse katalysicien - Synchrone verbüreung des sortomers - Zyklus startet nev Rolle des (4) Abspaltung von ADP + P führt zur Kippbewegung (45) der Myosinköpfchen dadurch können sich entlang der Actinfilamente in Richtung der t-scheiben zienen Myoglobin (aus einfachen Molekülen L ATP wird wieder zu ADP + P gespalten (5) FTP-Moleküle werden von dem Myosinköpfchen gebunden dadurch lösen sich die ryosinköpfchen von den ActinAtomenten in Muskelzellen ATP : ( nuskelkontraction endet erst, wenn der crustel keine Nervenimpulse mehr erhält einkettig → Bindungsstelle nyosinfilamente durch are spaltung von ATP bereit zur Bindung an are Actinfilamente besitzt keine inaktive Form ₂ wird leicht an die Myoglobin und Hämoglobin Huskelkonstraction complexe Biomoleküle) eine - stärkere Affinität zu a ATP ist einerseits Energielieferant cvorspannung des ryosintöpfchens durch das spalten ron ATP) andererseits weichmacher C Ablösen Sauerstoffsättigung bei geringen 02- Partialaruck sehr nach durch alle dabei freigesetete Energie richten sich are myosin köpkcnen uveder auf Bindungsstelle gebunden ( weil keine des ryosinköpfchens von Actinfiamenten durch Bindung von FFTP) inactive form) ↳ sauerstoffsättigung steigt mit steigendem O₂ - partial druck sofort steil an ↳schnell maximale sättigung erreicht vereinfacht übertritt von Blut tu Muskelzellen (O₂) Hämoglobin •vierceltig · im Blut → Bindungsstellen • inactive - active form • bestent aus & und ß-kete - ist bei niedrigem 0₂ -Parraldruck Leunächst geringer Anstieg Myosinkopf wird gespannt nicht so schnell gesättigt (0₂) Lo alle folgende ADP schwere Bindung des 1. 0₂ - Moleküls → gibt + Amino- grupper -NH₂ Cyte- plasma O2 - Moleküle binden leichter Proteine 1 Aminosäuren -Amino- gruppe -NH₂ - alle 4 Bindingsstellen belegt - constante 02 - säthgung →gibt die ersten 3 molekule auch wieder leicht ab →nur das letzte schwer Mib- chondrium Actin Polysaccharide Monosaccharide Glykolyse Glucose Glycerinaldehyd 3phosphat (looperative Effekt) Pyruvat oxidativ Decarboxylierung Acetyl-CoA Citrat zyklus NL Myosin (→ Abnahme der Geschwindigkeit der zellatmung) Fette t ↑ Glycerin Fettsäuren 00 Atmungskette und oxidative Phosphorylierung ADP 0₂ leichter an Gewebe ab ATP Icmuss von der inaktiven in die aktive Form) son Myosinkopf heftet sich an Myosinkopf entspannt sich Myosinkopf löst sich ab → steiler limearer Anstieg ADP