,,Stoffwechsel“

Alternativer Bildtext:

Glykolyse → außerhalb der Mitochondrien im Cytosol → 1.Schritt: Die Nahrung Glucose wird in 2 Pyruvat gespalten Glucose → 2 Pyruvate Pyruvat= Anion der Brenztraubensäure Es entsteht also, 1 Glucose → 2 Pyruvate außerdem werden nebenher 3) Atmungskette 2 ADP+ 2P → 2 ATP 2 NAD+ → 2 NADH+ H+ ➤ diese kann man mit einem Taxi vergleichen, sie nehmen die Fahrgäste auf, welche hierbei die Elektronen sind. Sie lassen die Elektronen an einer bestimmten Stelle raus. ➤ die leeren Taxis fahren nach der Entladung zurück zum Anfangspunkt, um neue Elektronen abzuholen bzw. aufzunehmen Elektronen werden bei der Glykolyse aufgenommen und bei der Atmungskette rausgelassen. NAD+ = leeres Taxi NADH+ H+ = beladenes Taxi mit Elektronen 2 Pyruvate (Transportprotein) Mitochondrien Mitochondrien I Pyruvat Pyruvat -COA Co2 -COA Acetyl-COA CO2 ➤ Für Glucosemoleküle läuft 2x ab, weil 2 Pyruvate entstehen Acetyl-COA NADH+ H+ Acetyl ist der Rest von Pyruvat, nachdem das Kohlenstoffdioxid weg ist. COA steht für CoenzymA Citratzyklus Citronensäurezyklus = - Überträgermolekül fürs Acetyl 2) Citratzyklus →im Mitochondrienmatrix Acetyl-CoA wird hierbei weiter aufgespalten, gebunden und verändert 1. Schritt: Acetyl-CoA überträgt das Acetyl aufs Oxalacetat und entsteht CITRAT ● das abgespaltene CoA wird wiederverwendet Merke: -AT Endung für Anion einer organischen Säure Pyruvat: Anion der Brenztraubensäure ● Acetyl kommt von Acetat: Anion der Essigsäure Citrat: Anion der Citronensäure Oxalcetat: Anion der Oxalessigsäure ● ● ★ Citrat wird so weiterverarbeitet bis wieder Oxalacetat entsteht, dass den nächsten Acetylrest vom -CoA übernimmt. In diesem Zyklus spaltet sich noch 2 CO2 ab, wobei Energie frei wird. So werden 2 Kohlenstoffatome vom Citrat abgebaut und oxidiert. Insgesamt entstehen im Mitochondrium genau so viele CO2, wie C-Atome vom Pyruvat hereinkam. → Der Citratzyklus ist wie ein unendlicher Kreislauf, dadurch dass das Oxalacetat immer wieder regeneriert wird, spart man an Energie und Material. Würde es den Kreislauf nicht geben, müssten wir jeden Tag 1 kg Oxalacetat zu uns nehmen. → Beim Citratzyklus werden außerdem mit der freigewordenen Energie 2 ATP hergestellt → Pro Pyruvat 1 → Taxis werden wieder beladen 3 2x ADP+P 3NAD+ NADH+H+ FAD ATP FADH 1. Glykolyse A 2 ATP * 2. Citronensäurezyklus 2 ATP Oxidative Phosphorylierung(Atmungskette) ,,Innere Mitochondrienmembran, Endoxidation" die beladenen Taxis bringen Elektronen und somit die Energie nun zu den Elektronentransportketten, die Taxifahrer wollen nämlich die negativen Elektronen nun loswerden. ● Diese Elektronentransportketten sind Gruppen von Proteinen in der innenmembran der Mitochondrien, Elektronen sind hierbei sehr willkommen ● die Elektronen werden hier fester gehalten als zuvor dabei wird stückchenweise Energie frei wenn ein Elektron sozusagen sein Partner gefunden hat, dann ist fast die ganze Energie die es hatte, frei geworden und es kann sich entspannen Partner: 02→ H2O nimmt 2 e- auf und 2 Protonen Diese freigesetzte Energie wird dann für die Zelle nutzbar gemacht und für die Herstellung des energiereichen ATP verwendet ➤ NADH+ H+ → 3 ATP • Hierbei entstehen pro Glukosemolekül ca. 34 ATP → je drei pro NADH+ H+ und pro 2 FADH FADH → 2 ATP 34 ADP+ 34 P 1 Glucosemolekül liefert 38 ATP, diese ATP können dann von der Zelle für alle möglichen Vorgänge benutzt werden 38 ATP 34 ATP z.B. Glucose (Zucker)- Verbrennung(Oxidation) C6H12+602= 602+6HO2+38ATP Zusammenfassung: 1) Während der GLYKOLYSE wird Glucose in 2 Pyruvat und anschließend in 2 Acetyl-CoA umgewandelt → dabei entstehen schonmal 2 ATP 2) Das CoA überträgt den Acetyl-Rest im Citronensäurezyklus auf Oxalacetat, dabei entsteht Citrat, was so lange umgeformt wird (abgebaut) bis wieder Oxalacetat entsteht, was von neuem ein Acetyl von Acetyl-CoA aufnehmen kann. → dabei entstehen ebenfalls 2 ATP Insgesamt werden dabei 6 C-Atome, dieselbe Anzahl von C-Atomen, die von der Glucose reingesteckt wurden zu CO2 oxidiert. Dabei wird kontrolliert und nutzbar Nahrungsenergie frei. 3) Während des Citronensäurezyklus und der Glykolyse werden mit dieser Energie viele Elektronen auf Elektronenträger übertragen, die sie zu einem Was ist ATP? Elektronentransportkettensystem bringen, was sie ganz zum Schluss auf Sauerstoff überträgt. Mit der Energie was nach und nach frei wird, stellt die Zelle in der Atmungskette energiereiches ATP her. → am Ende liefert 1 Glucosemolekül dann etwa. 38 ATP ATP→ die energiewährung des Körpers ATP= Energieverbrauch des Körpers ATP kann aus der Nahrung gebildet werden Nahrung ATP→ Energieübertragung bei verschiedenen Reaktionen ATP-Aufbau: ATP= Adenosintriphosphat Ein Molekül ATP besteht aus der Base Adenin aus drei Phosphatgruppen und sind über den Zucker Ribose zusammen verknüpft. Zwischen den Phosphatgruppen ist die meiste Energie vorhanden bzw. gespeichert Wichtig: ATP ist eine energiereiche Verbindung ● die Energie kommt aus unserer Nahrung z.B. Kohlenhydrate, Proteine, Lipide ↓ Kohlenhydrate (Vielfachzucker) Glucose( Einfachzucker) → wichtiger Bestandteile bei der Gewinnung von ATP ↓ Oxidation frei, kann für die Synthese von ATP genutzt werden Die Oxidation von Glucose findet über eine Reihe von Stoffwechselwegen statt, wie z.B 1) die Glykolyse; 2) Citronensäurezyklus; 3) Atmungskette (oxidative Phosphorylierung) Prozess der Oxidation: Oxidierung- stärker reduzierte große freie Energie oxidiert, geringe freie Energie Also, Glucose wird oxidiert zu CO2 + H2O+ Energie Die wichtigste Eigenschaft dieser Reaktion ist das sie exergonisch ist, also Energie wird freige CO2 Glukose ist reduziert und hat eine große freie Energie, im Laufe der Oxidation wird diese Energie freigesetzt und kann für die Synthese von ATP genutzt werden und gleichzeitig entsteht das energiearme oxidierte CO2 Glucose+ 02 HAW CO2 + H2O + Energie Exergonische Reaktion (liefert Energie) ● Großteil der Oxidation findet in den Mitochondrien statt Die vollständige Reaktion sieht so aus, dass Glukose + Sauerstoff (02) zu Kohlenstoffdioxid (CO2) und Wasser (H20) reagieren die freiwerdende Energie = exergonische Reaktion ● ATP +P ADP ATP +P Nächster Schritt: Durch die Hydrolyse von ATP, kann diese gespeicherte Energie wieder abgegeben werden. ADP Freie Energie wird jetzt durch die Bildung von ATP aus ADP und anorganischem Phosphatmolekül gespeichert (ADP+P→ ATP+ H2O) +H2O Während die Oxidation von Glukose Energie freisetzt und damit exergonisch verläuft, wird bei dieser Reaktion Energie benötigt, damit ist diese Reaktion endergonisch → Vorgang nennt man auch Phosphorylierung, weil, eine Phosphatgruppe auf ein Molekül übertragen wird. Exergonische Reaktion (liefert Energie)→ wird z.T. durch die Bildung von ATP aus ADP und. anorganischen Phosphat gespeichert (ADP+P → ATP+ H2O) Phosphorylierung Abgabe der Energie durch die Hydrolyse von ATP (ATP+H2O → ADP+P + Energie) Hydrolyse: → mithilfe von Wasser wird die Verknüpfung zwischen der 2. und 3. Phosphatgruppe abgespalten Durch die Hydrolyse entsteht ADP, ein Phosphatmolekül und freie Energie entsteht. Diese Reaktion ist wiederum exergonisch, da diese, Energie liefert Endergonische Reaktion: benötigt Energie ATP-Funktion → wir brauchen Energie, um Stoffe in unserem Körper aufzubauen →nennt man auch Anabolismus Anabolismus: ● aufbauender Stoffwechsel ● wir brauchen Energie für die Zellbewegung in unseren Körper • Muskeln, wenn wir Sport machen erfordern eine Menge an Energie Die Energie, die bei der Hydrolyse frei wird von ATP, die kann genau diese Lebensnotwendigen Prozesse antreiben, die Energie benötigen Man erkennt exergonische Reaktionen; Prozesse sind im Stoffwechsel meist direkt am endergonischen Prozessen gekoppelt Frage: Warum kann denn die Energie, die die bei der Oxidation von Glucose entsteht nicht sofort dafür verwendet werden endergonische Reaktionen anzutreiben? Es ist richtig und würde theoretisch auch gehen, aber für alle Stoffwechselprozesse, die viel Energie benötigen z.B. Muskelkonzentrationen, da wäre diese Energie ziemlich schnell verbraucht und da wird die Funktion von ATP ebenso ersichtlich, als Energiespeicherwärung. Bei Bedarf kann die in ATP gespeicherte Energie wieder frei werden und dann für diese Prozesse sie eben viel Energie erfordern genutzt werden. arbeitet der Muskel viel, ist der Vorrat an ATP auch ziemlich schnell verbraucht man muss sich ATP wie ein Taxi vorstellen. ATP kann an vollkommen anderen Ort dann in der Zelle hydrolysiert werden und dort dann endergonische Reaktionen antreiben Zusammenfassung Zusammenfassend lässt sich sagen, ● ATP ist der universelle Energieträger aller lebender Organismen ● Bildung des ATPs über die Nahrung regeneriert (Oxidation von Glukose) - am (meisten genutzte Energiequelle)- wichtige Rolle Funktion am Aufbau gekoppelt → Funktion von ATP ganz eng an den chemischen Aufbau gekoppelt. Erst diese energiereiche Säureanhydrid verbindung zwischen den Phosphat-molekülen ermöglichen überhaupt das ATP, das so energiereich ist. Energiebilanz → Die Energie, die wir durch Nahrungsmitteln und Getränke aufnehmen, entspricht der Energie, die unser Körper verbraucht Energie ist die Lebenskraft, die uns in Schwung hält Wir brauchen sie für: • Wachstum • Entwicklung das Funktionieren all unserer Körperprozesse inkl. unserer inneren Organe Verliert man Energie und nimmt auch keine zu sich, wird man schwach bzw. kraftlos Kohlenhydrate + 1. Teilprozesse und ihre Wirkorte: 1 mol Glucose Fette 1 Glykolyse im Cytoplasma zerlegt 2ATP verbraucht und 4 gebildet 2 mol NADH+ und 2 H+ ENERGIE Gewinn für unseren Stoffwechsel und Aufbau von Zellen • Kohlenhydrate werden schnell in Energie umgesetzt + Proteine ● 2 Mol Wasser und 2 Mol Pyruvat. Pyruvat wird aus dem Cytoplasma in das Mitochondrium transportiert und an das Coenzym A gebunden. → Dabei entstehen noch mal 2 NAHD und H+, außerdem 2 Mol Kohlenstoffdioxid und 2 Acetyl-CoA. sen Prozess nennt man oxidative Decarboxylierung, da jeweils ein C-Atom abgespalten wird. Jetzt kann der Citratzyklus beginnen. Im Mitochondrium wird Acetyl-CoA weiter zerlegt. Da hier 2 Mol vorhanden sind, findet der Citratzyklus pro Mol Glucose zwei Mal statt. → Insgesamt werden also 2 FAD und 6 NAD+ eingebracht und in energiereiche 2 FADH₂ und 6 NADH + H+ umgewandelt. → Bei den oxidativen Decarboxylierungen werden insgesamt 4 CO₂ abgespalten. Über das Zwischenprodukt GTP, wenden 2 ATP gebildet. → Außerdem entstehen 6 Mol Wasser. Jetzt kommen wir zum entscheidenden Schritt, der Atmungskette an der inneren Mitochondrienmembran. → Hier wird die in den bisher gewonnenen 10 Mol NADH und H+ und 2 Mol FADH₂ gespeicherte Energie konserviert. → Im Zuge der Elektronentransportkette, werden Elektronen von diesen Stoffen von einem Enzymkomplex zum nächsten transportiert. → Dabei werden Protonen aus der Mitochondrienmatrix in den internen Membranraum gepumpt, sodass ein Ladungs- und Konzentrationsgefälle entsteht. → Dieses wird mit Hilfe der ATP-Synthase ausgeglichen, die wie eine kleine Turbine angetrieben wird. Pro NADH und H+ entstehen 3 ATP, pro FADH₂ 2 ATP. → Hier werden also insgesamt 34 ATP gebildet. Außerdem 12 Mol Wasser aus 6 Mol Sauerstoff, sowie 10 NAD+ und 2 FAD, die wieder in Glykolyse und Citratzyklus Verwendung finden. → Entweder wird direkt über die ATP-Bildung zur Energiegewinnung beigetragen oder indirekt über die Bildung von NADH und FADH₂. Berücksichtigt man bei der Glykolyse die NADH entstehen insgesamt 8 ATP. → Die oxidative Decarboxylierung bringt demnach 6 ATP ein. → Der Citratzyklus bereitet den Weg für das meiste ATP. Aus 6 NADH und 2 FADH₂ werden 22 ATP gebildet. → Plus die zwei direkt gebildeten ATP macht das 24 ATP. Diese Zahl ist jedoch nicht ganz konstant, manchmal entstehen nur 22 ATP. → Ein Mol Glukose liefert also 36-38 Mol ATP. Das entspricht ca. 1100 kJ. Die etwas ausführlichere Summenformel sieht dann wie folgt aus: Während der Atmungskette entstehen insgesamt 36 - 28 ATP, 6 CO₂ und 12 H₂O. Aus einem Mol Glucose, 6 O₂, 6 H₂O und 38 ADP+P. → Fassen wir noch einmal zusammen. Während der Atmungskette entstehen insgesamt 36 - 38 ATP, 6 CO₂ und 12 H₂O aus einem Mol Glukose, 60₂, 6 H₂O und 38 ADP und P. Während Glykolyse und Citratzyklus werden hauptsächlich NADH und H+ sowie FADH₂ gebildet, deren gespeicherte Energie später in der Atmungskette als ATP konserviert wird. Die Glykolyse findet im Cytoplasma der Zellen statt. Durch oxidative Decarboxylierung wird das Endprodukt in die Mitochondrien transportiert, wo der Citratzyklus stattfindet. An der inneren Mitochondrienmembran wird ein Protonengradient aufgebaut. Das geschieht im Zuge der Atmungskette. Fette und Proteine werden in Fettsäuren, Glycerin und Aminosäuren zerlegt und können so in die verschiedenen Teilprozesse der Zellatmung eingehen. Die Zellatmung ● ● Bei der Zellatmung werden organische Stoffe in anorganische abgebaut. Die Energie, die dabei frei wird, benötigen die Organismen, um ihre Lebensfunktionen aufrechtzuerhalten. Als organische Stoffe werden Kohlenhydrate, Proteine und Fette bezeichnet. Die Bildung von Wasser aus Wasserstoff und Sauerstoff ist bei der Zellatmung die Reaktion, die am meisten Energie liefert. Bei der Verbrennung oder Oxidation von unserer Nahrung werden Elektronen frei. Diese Elektronen werden von Elektronentransportern zwischengespeichert und übertragen. Ein Beispiel für so einen Transporter bildet das NAD+ Die Zellatmung kann in vier Teilprozesse unterteilt werden: die Glykolyse, die Oxidative Decarboxylierung, der Citratzyklus und die Atmungskette. ● Die Glykolyse Bei der Glykolyse wird die Glucose, die aus sechs C-Atomen besteht und somit ein C6-Körper ist, in zwei energieärmere C3-Körper umgewandelt. Dieser Prozess findet im Cytoplasma statt und lässt sich in zwei Phasen untergliedern. In der ersten Phase wird zunächst Energie investiert, um dann in der zweiten Phase Energie zu gewinnen. Die Glucose muss zunächst durch die Zelle geschleust werden, damit sie im Cytoplasma ablaufen kann. Um den Rücktransport der Glucose zu verhindern und sie reaktionsfähiger zu machen, wird unter ATP-Verbrauch ein Phosphatrest auf die Glucose übertragen. Durch die Anlagerung des Phosphatrestes entsteht Glucose-6-Phosphat, das in Fructose-6-Phosphat umgewandelt wird. Erneut wird ATP verbraucht und an das Fructose-6-Phosphat überlagert, wodurch Fructose-1,6-biphosphat entsteht. Anschließend finden Oxidationsreaktionen statt, in denen der C6-Körper schrittweise in zwei C3-Körper, dem Pyruvat, gespalten wird. • Insgesamt werden bei der Glykolyse netto 2 ATP pro Glucosemolekül gewonnen und 2 Moleküle NADH bereitgestellt. Zwischen Glykolyse und Citratzyklus findet die Oxidative Decarboxylierung statt. Glucose Pyruvat ATP ADP ● ATP ● Glucose-6- phosphat ADP Glykolyse Die Oxidative Decarboxylierung Fructose-6- phosphat ATP Der Citratzyklus ADP H₂O Phosphoenol- 2-Phospho- 3-Phospho- pyruvat glycerat glycerat Fructose-1,6- bisphosphat Dihydroxyace- tonphosphat 2xGlycerinaldehyd- 3-phosphat NAD+ 1,3-Bisphos- phoglycerat NADH+H+ Das in der Glykolyse entstandene Pyruvat kann nicht direkt in den Citratzyklus übergehen. ● Der Citratzyklus findet in der Mitochondrienmatrix statt. Das Pyruvat gelangt zunächst aus dem Cytoplasma in das Mitochondrium. In einer Redoxreaktion entstehen NADH+H+, Kohlenstoffdioxid und durch die Bindung der Essigsäure an Coenzym A, die aktivierte Essigsäure, die als Acetyl-Coenzym A bezeichnet wird. Das Acetyl-CoA ist wesentlich reaktionsfähiger als Pyruvat und bildet den Start des Citratzyklus. Diesen Schritt bezeichnet man als oxidative Decarboxylierung. ADP ATP ● Der Citratzyklus beginnt damit, dass der Acetylrest aus der aktivierten Essigsäure an das Akzeptormolekül Oxalessigsäure gebunden wird. Durch die Anlagerung entsteht aus dem C4-Körper ein Molekül mit sechs Kohlenstoffatomen, die Citronensäure, auch als Citrat bezeichnet. In den darauffolgenden enzymatischen Schritten des Citratzyklus wird das Citrat zu CO2 und Oxalessigsäure abgebaut. ● Dabei entstehen durch Oxidationsvorgänge aus dem NAD+ das NAD+H+ und aus dem FAD das FADH2. Außerdem wird ATP gewonnen. Pro Umlauf des Citratzyklus entstehen also 1 ATP, 3 NADH und 1 FADH2. Da aus einer Glucose zwei Pyruvat entstehen, liegt die Ausbeute an ATP nach Abbau der Glucose zu CO2 bei 2 ATP. Der Energiegehalt der Glucose ist jedoch deutlich höher. Daher ist auch die Gesamtausbeute an ATP deutlich höher, denn die freigewordenen Elektronen und Protonen werden zusammen in den Coenzymen nur zwischengespeichert. NADH+H+ NAD+ FADH₂ ATP FAD Citratzyklus Acetyl-CoA Oxalacetat (C4) (C4) (C4) (C4) GTP Citrat (C6) CO₂ CoA CO₂ (C4) NAD+ CHAD (C5) NADH+H+ NAD+ NADH+H+ Die Atmungskette Als Atmungskette werden die in der inneren Mitochondrienmembran enthaltenen vier Proteinkomplexe I - IV bezeichnet. Die vier Proteine sind in der Lage sich gegenseitig Elektronen zu übergeben. Der Elektronentransport beginnt damit, dass NADH zwei Elektronen und ein Proton an das Proteinkomplex I abgibt, wodurch es zu NAD+ oxidiert. ● Die Elektronen gelangen zu einem kleinen Molekül, das als Ubichinon innere Membran ● bezeichnet wird. Ubichinon steht mit dem Proteinkomplex II in Verbindung. ● Der Komplex II ist in der Lage Elektronen und Protonen von FADH2 aufzunehmen. Anschließend werden die Elektronen an den Komplex III weitergegeben, der sie wieder an das Protein Cytochrom c weitergibt. Da dieses Protein mit dem Komplex IV in Kontakt steht, gelangen sie von dort aus in den letzten Komplex. Von dort aus werden die Elektronen an Sauerstoff abgegeben. Der mit Elektronen beladene Sauerstoff verbindet sich mit freien Protonen, sodass Wasser entsteht. Der Abbau der Glucose ist damit erfolgt. Atmungskette ● äußere Membran CO H₂ Intermembranraum II. NADH+H+ NAD+ (FADH,₂ FAD Mitochondrienmatrix H₂ (H₂ 2H+ +10₂ H₂ ATP- Synthase H₂O H ADP H H Während des Elektronentransports läuft ein weiterer Vorgang ab. Es konnte nachgewiesen werden, dass ein Transport von H+-lonen stattfindet. Die Proteinkomplexe I, III und IV pumpen die Protonen aus der Matrix in den H₂ 34 mol(ATP Intermembranraum, wodurch ein Protonengradient entsteht. Das entstandene Ungleichgewicht wird für die Phosphorylierung ADP zu ATP genutzt. Das geschieht durch das Enzym ATP-Synthase, das durch Protonen angetrieben wird und synthetisiert weitere 34 ATP-Moleküle. Die Energiebilanz der Zellatmung liegt bei maximaler Ausnutzung der Energie bei 38 ATP pro Glucosemolekül - jeweils 2 ATP aus der Glykolyse und dem aus Citratzyklus und 34 ATP aus der Atmungskette. Diese Zahlen entsprechen der ATP-Ausbeute von Pflanzenzellen. Bei einigen tierischen Zellen ist die Ausbeute geringer. Stoffwechselwege der Zellatmung oxidative De- carboxylierung Citratzyklus Atmungskette Glykolyse 2(ATP) Glucose (C6) Pyruvat (C3) 2 CO2 2 NADH 2 NADH Acetyl- COA (C₂) 2 (ATP) 4 CO₂ 2 FADH₂ 6 NADH Gärung 34 (ATP) ● Gärung ein anaerober Prozess der Energiegewinnung in tierischen, pflanzlichen und bakteriellen Zellen. ● Für seine Durchführung ist also kein Sauerstoff notwendig. • Gärung findet immer im Anschluss an Glykolyse statt. 12 H₂O 6 0₂ → Die Glykolyse ist der Abbau von Glucose zur Energiegewinnung. Glucose wird dabei in 2 Pyruvate zerlegt. Dabei wird Energie frei, die genutzt wird um 2 Moleküle Adensosyndiphosphat in 2 Moleküle Adenosyntriphosphat umzuwandeln. ● Adenosyntriphosphat abgekürzt ATP kann später von der Zelle genutzt werden um Reaktionen zu ermöglichen, die den Körper Energie kosten. → Dabei wird wieder 1 Phosphat von Adenosyntriphosphat abgespalten, es entsteht Adensosyndiphosphat. ATP ist sozusagen die Energieleerung der Zelle. → NADH ist ein Elektronenüberträger, der in vielen Redoxreaktionen in der Zelle eine Rolle spielt. Wenn im Körper Sauerstoff zur Verfügung steht, dann können die Elektronen von NADH auf den Sauerstoff übertragen werden. • Zusammen mit 2 Protonen entsteht Wasser und NAD plus. → Diesen Vorgang, in dem noch viele weitere Elektronenüberträger eine Rolle spielen, bezeichnet man als Atmungskette. ● Das Übertragen von Elektronen auf Sauerstoff liefert der Zelle viel Energie, da dabei ATP synthetisiert wird. Wenn kein Sauerstoff mehr vorhanden ist, werden die NAD plus immer weniger und die Zahl der NADHs steigt. • Ohne NAD plus kann aber die Glykolyse nicht stattfinden. Da die Glykolyse für die Zelle sehr wichtig ist, denn ohne Energie kann sie nicht leben, muß anders als durch die Atmungskette NADH in NAD plus umgewandelt werden. → Das passiert durch Gärung. Es gibt zwei unterschiedliche Gärungsarten. → Die Milchsäuregärung und die alkoholische Gärung. Milchsäuregärung: → Bei der Milchsäuregärung werden Pyruvat, NADH und Hplus in Lactat und NADplus umgewandelt. → Lactat ist das Anion der Milchsäure, das heißt das Proton der Säuregurke ist dissoziiert. → Milchsäuregärung wird zum Beispiel von Milchsäurebakterien durchgeführt, die ausschließlich Energie durch Milchsäuregärung gewinnen Die alkoholische Gärung. → Die alkoholische Gärung wird von Mikroorganismen wie zum Beispiel Hefen und einigen Pflanzen durchgeführt. → Aus Pyruvat wird zunächst Acetaldehyd, dabei wird CO2 abgespalten, diese Reaktion wird von dem Enzym Pyrovatdecarboxylase katalysiert. → Da Acetaldehyd giftig ist, wird es mit Hilfe der Alkoholdehydrogenase in Ethanol umgewandelt. Die dafür nötigen Elektronen und Protonen liefert NADH. → Diese Reaktion wird seit langem biotechnologisch von Wein und Bier genutzt. Zusammenfassung: → Energie aus Glukose kann aerob oder anerob gewonnen werden. → Beide Prozesse beginnen mit der Glykolyse. → Aus Glukose werden 2 Pyruvate, NADplus wird zu NADH und der Energiegewinn beträgt 2 ATPs. → Bei der aeroben Verarbeitung von Glukose werden die Elektronen in der Atmungskette von NADH auf Sauerstoff übertragen, es entstehen Wasser und weitere 34 ATPs. → Die Moleküle NAD plus stehen wieder für die Glykolyse zur Verfügung. → Bei der Gärung entstehen aus 2 Mol Pyruvat entweder 2 Mol Lactat durch Milchsäuregärung oder 2 Mol Ethanol durch alkoholische Gärung. → NADH überträgt dabei seine Elektronen und sein Proton dabei direkt auf das Pyruvat. Es werden keine weiteren ATPs gewonnen → Die Glykolyse ist also unter aeroben Bedingungen wesentlich gewinnbringender. Worin unterscheiden sich Milchsäuregärung und alkoholische Gärung? → Bei der alkoholischen Gärung spaltet zunächst die Pyruvatdecarboxylase CO2 ab und es entsteht Acetaldehyd. Acetaldehyd wird danach von Alkoholdehydrogenase in Ethanol umgewandelt. NADH wird zu NAD plus. Bei der Milchsäuregärung wird von der Lactatdehydrogenase Wasserstoff auf das Pyruvat übertragen und es entsteht Lactat. NADH wird zu NAD plus. Ich hoffe, ihr habt etwas dazu gelernt und euch hat dieser Film gefallen. Pasteur-Effekt: → Der Pasteur-Effekt bedeutet eigentlich nur, dass unter anaeroben Bedingungen mehr Glucose benötigt wird als unter aeroben Bedingungen, um dieselbe Energiegewinnung zu erlangen. Der Grund dafür ist, dass die Atmungskette ohne Sauerstoff nicht wirken kann. Da aber gerade hier die meiste Energie umgesetzt wird, muss mehr Glucose abgebaut werden, um dieselbe Energiebilanz zu erzielen. → ATP-Ausbeute unter aeroben Bedingungen: 38ATP/Glucose → ATP-Ausbeute unter anaeroben Bedingungen: 2ATP/Glucose → der Pasteureffekt beschreibt so zu sagen die Hemmung der Gärung. Eigentlich würde in unserem Körper immer die Gärung ablaufen, allerdings wird diese vom Atmungsstoffwechsel (Citratzyklus, Atmungskette) überlagert. Ob die Gärung abläuft oder nicht hängt dann von der Menge an ATP ab, die im Körper vorliegt. Wenn viel ATP da ist wird in der Glokolyse ein Enzym namens Phosphofruktokinase, das normalerweise dafür sorgt, dass Glucose-6-Phosphat zu Fructose-1,6-biphosphat umgeandelt wird, gehemmt. Durch diese Hemmung läuft dann die Gärung an. Sinkt die ATP-Konzentration wieder, dann wird das Enzym wieder aktiviert. Fazit: - unter aeroben Bedingungen produziert der Körper viel ATP(Energie),z.T. mehr als er benötigt, um Ressourcen zu sparen wird bei Energieüberschuss die Energiegewinnung über die Glycolyse gehemmt - unter anaeroben Bedingungen produziert der Körper weniger Energie, er ist auf die Glycolyse angewiesen, da sie unter anaeroben Bedingungen nicht effizient ist, muss viel Glukose zur Energiegewinnung verstoffwechselt werden Muskelkontraktion beschreibt den Prozess der Anspannung bzw. Verkürzung der Muskeln Muskelkontraktion Ablauf: • Myosinköpchen bindet Aktin ● Myosinköpchen klappt um, ADP löst sich ● ATP bindet Myosinköpchen ● ATP in ADP + P gespalten • Myosinköpfchen mit ADP kann wieder Aktin binden