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 3.2 Stoffabbau - Zellatmung
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Die Umwandlung energiereicher körpereigener Stoffe in energieärmere Stoffe bezeichnet ma

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3.2 Stoffabbau - Zellatmung Überblick STOFFWECHSEL Die Umwandlung energiereicher körpereigener Stoffe in energieärmere Stoffe bezeichnet man als Dissimilation. Dabei wird Energie freigesetzt. Diese wird als ATP und Wärme nutzbar. Als Oxidation bezeichnet man die Abgabe von Elektronen an jeden Elektronenakzeptor, nicht nur an Sauerstoff. Diese Umwandlung kann über zwei verschiedene Wegen geschehen. 1) Zellatmung (bei der Umwandlung ist Sauerstoff benötigt) Bei der Zellatmung wird die energiereiche Verbindung Glucose vollständig zu Kohlenstoffdioxid und Wasser oxidiert: C6H₁₂O6 +60₂ ➜6 CO₂ + 6H 2 O + Energie Die chemische Energie der Glucose wird dabei mehreren Teilschritten abgegeben und in Form von ATP gespeichert. Dieses ATP kann dann von Organismen genutzt werden, um Arbeit zu leisten. Die Teilschritte des Glucose Abbaus sind: ▷ Glykolyse ▷ Citratzyklus ▷ Atmungskette Zellatmung: - aerob - vollständige Oxidation hoher Energiegewinn Glycolyse (Cytoplasma): Glucose wird in zwei C3- Körper zerlegt. Nur ein kleiner Teil der dabei gebildeten Energie wird in Form von ATP gebunden. Frei werdende Elektonen gelangen mithilfe des CO-Faktors NAD in die Mitochondrien. Hier erfolgt im verlauf des Citratzyklus der vollständige Abbau der C3-Körper zu CO2. Zellatmung Glycolyse ATP CO FAKTOREN 2) Gährung (Bei Abwesenheit von Sauerstoff): Hier können bestimmt Organismen Glucose zu Ethanol und CO2 oder Milchsäure vergähren Diese unvollständige Oxidation von Nährstoffen mit dem Ziel, ATP zu gewinnen, nennt man Gährung. Die Energiegewinnung fällt dabei im Vergleich zur Vollständigen Oxidation deutlich geringer aus. Citratzyklus ATP Atmungs- Kette ATP Erneut wird dabei ATP-Gebildet und...

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Elektronen werden von Cofaktoren übertragen. Die reduzierten Cofaktroen aus der Glycolyse und aus dem Citratzyklus werden in der Atmungskette zur Energieerzeugung verwandt. Der überwiegende Teil der ATP-Bildung erfolgt also in den Mitochondiren. Gärung: - anaerob - unvollständige Oxidation - Geringer Energiegewinn Aerobe Glucoseverwertung Glycolyse (,,Zuckerauflösung" / Cytoplasma) In der Glycolyse wird Glycose zu 2 Pyruvatmolekülen (2xBTS) oxidiert. Die bei der Oxidation freigesetzte Energie wird in ATP fixiert, der abgespaltene Wasserstoff wird in den Speicher NAD übernommen-> NADH2. Pro Molekül Glucose (C6) werden 2 Moleküle BTS (C3), 2 ATP und 2 NADH2 Gebildet Summenformel: C6H₁2O6 Tatsächlicher Energiegewinn: 2 ATP NADH2 = Wasserstoff Überträgen, gibt nur bestimmte menge, wird aufgebaut beladen entladen. 2. Oxidative Decarboxylierung (Matrix der Mitochondiren) (Wird noch kein Sauerstoff benötigt) Im weiteren Verlauf der Dissimilation wird über einen Vorgang der sich oxidative Decarboxylierung nennt ein Molekül CO2 vom Pyruvat abgespalten (Decarboxyliert). Dieser Prozess findet dann in den Mitochondiren statt. Das Produkt der oxidativen Decarboxilierung ist das Acetyl-CoA (aktivierte Essigsäure) In diesem Stoffwechselschritt werden 2 C-Atome der eingebrachten 6 C-Arome als CO2 Abgebaut. Energie in Form von ATP wird nicht gebildet. Jedoch werden 2 NADH2 pro 6 C Produziert. Hier geschehen 3 Schritte: 1. Pyruvat wird unter Abgabe von CO2 zu Acetyl oxidiert. 2. Freiwerdende Energie wird zum Teil als NADH2 gespeichert. 3. Die nicht verbrauchte Energie wird gespeichert indem Acetat mit CoA verknüpft wird. 3. Citratzyklus (Matrix der Mitochondiren) Grundsubstanz STOFFWECHSEL Hier bindet nun dieser C2 Körper an einen C4 Körper namens Oxalessigsäure. Daraus wird ein C6 Körper namens Citronensäure. Im Verlauf des Zyklusses werden nun zwei Moleküle CO2 Oxidativ abgespalten, so das wieder Oxalessigsäure entstehen kann, der Zyklus ist damit geschlossen. Pro Molekül aktivierter Essigsäure wird I ATP gebildet. Des Weiteren werden Wasserstoffspeichermoleküle mit Wasserstoff beladen, 3 NADH2 und I FADH2 werden pro Molekül eingebrachter aktivierter Essigsäure angeliefert. Glykolyse Da 2 Moleküle aktivierter Essigsäure abgebaut werden verdoppelt sich die gebildetsten ATP,NADH2, FADH2 und CO2 Mengen oxid. Decarb. CSZ 2x C 2 H 5 OH+ 2CO₂ abgespalten pro Mol Glucose 2 NADH₂ 2 NADH₂ 6 NADH₂ 2 FADH₂ Energiegewinn in der Atmungskette 6 ATP 6 ATP 18 ATP 4 ATP 34 ATP (in der AK) + 2 ATP + 2 ATP 38 ATP Oxatessig- Säure C₂ Akzeptor NADH₂ Die Endooxidation liefert 34 Mol ATP/ Mol Glucose Die Gesammte Biologische Oxidation der Glucose liefert 38 Mol ATP = = 1140 KJ (1ATP = 30 KJ) NAD - Wirkungsgrad des aeroben Glucoseabbaus ca 40% (Rest Wärme Umwelt) - Wirkungsgrad des anaeroben Glucoseabbaus (Gärung) 2% (2 ATP) (C₁ FADH₂ Cu 2.00₂ Bilanz der gebildeten Energie Glucose C ATP NADH 2x C0₂ 1x Acetyl-COA C₂ 2 Pyruvat 2x C3 Enzyme 2 ATP 2 NADH₂ 2x Acetyl-COA Zx Cz € 2x 2 CO₂ aus 6C- Atom 2 NADI ₂ 2x 3 NADH₂ Enzyma2x 1 FADH₂ 2x1 ATP E NAD (6 € NAD NADH₂ C5 1.00₂ STOFFWECHSEL 4. Atmungskette Die Atmungskette ist eine Reihe von Wasserstoff und Elektonenübertragenden Redox Systemen. Im verlauf der Atmungskette werden die H-Atome unter Abgabe ihres Elektrons zu Protonen oxidiert. Diese Elektronen werden am Ende der Atmungskette auf Sauerstoffatome übertragen. Aerobe Glucoseverwertung Der letzte Schritt ist die Reaktion von 02- - lonen mit den zuvor gebildeten Protonen zu H2O -> Endoxidation CSZ₁ Glycolyse, oxid. Decarb CSZ NADH₂ none Reduktionskraft hoher elektronen druck 7- REDUKTIONSKRAFT ! Donator NADH₂ I aadqvn8ous ATP Trägersystem - FAD NAD+2H+ 0,50₂ FAD + 2H+ 0,50₂ ADP+P FADH₂ ATP 2H H₂O +3 ATP+NAD H₂O + 2 ATP + FAD Good Go Know Mitochondrium: Aufnahme von : - ADP, P - Brenztraubensäure - 02 Wenn die Elektronen nicht auf den Sauerstoff übertragen werden dann heißt das es kann kein Wasserstoff trägermolekül entladen werden. -> es steht kein Wasserstoff trägermolekül für die Glycolyse, decarboxilierung, Zitronensäure cykluszuverfügung ADP+P Konsequent NADI? Kann nicht entladin werden > To diu fall: energiemangel H> H² + e²³ nient Zucker kann abge baw werde ATP Abgabe von: - ATP - Co2 H20 Trägersystem ze ADP+P 2H¹ H₂0 0²- Cyankali verhindert Letztendlich die e-Übertragung auf Sauerstore 1/2 02 Endakzeptor Wassersynthese: 2 H₂ + O₂ aus der Einatmungsluft Der Citratzyklus ist nicht unmittelbar an der Energiegewinnung beteiligt. In verschiedenen Schritten wird Wasserstff an Coenzyme gebunden. 2H₂O + Energie Der Wasserstoff der Speichermoleküle setzt bei der Vereinigung mit Sauerstoff (aus der Luft) in der Atmungskette große Energiemengen frei. Der Wasserstoff von NADH2 wird vereinigt mit dem eingeatmeten Sauerstoff -> bildet H20 = Wasser Endprodukt CO2 und Wasser (Eingansprodukt Fotosynthese-> zum Glucose Aufbau) In der Atmungskette (lokalisiert an der inneren Mitochondrienmembran) werden NADH2 und FADH2 wieder oxidiert. Bisher bestand kein Grund die Reagtion aerob zu nennen (O2 war nicht beteiligt). Die stattfindende Oxidation entsprach vielmehr einem Entzug von Wasserstoff bzw. Elektronen. DA NADH₂ 3 ATP 10 NADH ₂30 ATP A FADH₂ → 2ATP 2 FADH₂4ATP D 34 ATP → insgesammt 38 ATP anaeroben Energiegewinnung Anaeroben Energiegewinnung (Alk. Gärung) Endprodukt: Alkohol und CO2 2 ATP Pyruvat + NADH + H+ 2. Alkoholische Gährung Nadh resycled STOFFWECHSEL Pyruvat + NADH + H+ 1 x Glucose (imeplasma) ↓ 2 x BTS → 1. Milchsäuregärung Bei der Milchsäuregärung wird die Brenztraubensäure vom NADH unmittelbar zu Lactat reduziert, lohne das Co2 als Abfallprodukt entsteht. Menschliche Muskelzellen erzeugen ATP durch Milchsäuregärung, bei Sauerstoff Knappheit. Tritt zb auf wenn der Muskel durch das Blut nichtmehr schnell genug mit Sauerstoff versorgt werden kann um den ATP Bedarf zu stillen. Das Lactat wird dann in der Erholungsphase wieder vom Blut in die Leber transportiert und da wieder zu Brenztraubensäure umgewandelt. Warum wirkt die Anhäufung von Lactat rück auf die Glycolyse? 2 ATP - Lactat verschiebt den PH-Wert ins Sauere, daher werden die Enzyme in der Glycolyse negativ beeinflusst. Der Zuckerabbau wird langsamer. - Zuckerreserven nehmen ab, da er extrem viel Zucker verbrauchen muss für 2 atp Bei der Milchsäuregärung wandeln Bakterien Brenztraubensäure in Lactat um. Ausgangsstoffe für alkoholische Gärung: Aerobe Energiegewinnung Endprodukt: CO2 und H20 (Eingansprodukt Fotosynthese -> zum Glucose Aufbau) Lactat + NAD+ Nadh resyclad Bei der Alkoholischen Gährung wird Pyruvat von Hefen und Ethanol (c2H5OH) und CO2 abgebaut. Ethanol+Co2 + NAD+ Anaerobe Energiegewinnung (Milchsäuregährung) -> laktat. Milchsäure C6H₁₂O6 2 ATP 1. Zuckerhaltige Lösungen bzw. Maischen - Traubenmaische -> Wein - Apfelmaische -> Most 2 C₂ H₂O₂ 2. Stärkehaltige Naturprodukte - Gekeimte Gerste -> Bier · Kartoffel -> Vodka

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Oxidative Decarboxylierung (Matrix der Mitochondiren) (Wird noch kein Sauerstoff benötigt) Im weiteren Verlauf der Dissimilation wird über einen Vorgang der sich oxidative Decarboxylierung nennt ein Molekül CO2 vom Pyruvat abgespalten (Decarboxyliert). Dieser Prozess findet dann in den Mitochondiren statt. Das Produkt der oxidativen Decarboxilierung ist das Acetyl-CoA (aktivierte Essigsäure) In diesem Stoffwechselschritt werden 2 C-Atome der eingebrachten 6 C-Arome als CO2 Abgebaut. Energie in Form von ATP wird nicht gebildet. Jedoch werden 2 NADH2 pro 6 C Produziert. Hier geschehen 3 Schritte: 1. Pyruvat wird unter Abgabe von CO2 zu Acetyl oxidiert. 2. Freiwerdende Energie wird zum Teil als NADH2 gespeichert. 3. Die nicht verbrauchte Energie wird gespeichert indem Acetat mit CoA verknüpft wird. 3. Citratzyklus (Matrix der Mitochondiren) Grundsubstanz STOFFWECHSEL Hier bindet nun dieser C2 Körper an einen C4 Körper namens Oxalessigsäure. Daraus wird ein C6 Körper namens Citronensäure. Im Verlauf des Zyklusses werden nun zwei Moleküle CO2 Oxidativ abgespalten, so das wieder Oxalessigsäure entstehen kann, der Zyklus ist damit geschlossen. Pro Molekül aktivierter Essigsäure wird I ATP gebildet. Des Weiteren werden Wasserstoffspeichermoleküle mit Wasserstoff beladen, 3 NADH2 und I FADH2 werden pro Molekül eingebrachter aktivierter Essigsäure angeliefert. Glykolyse Da 2 Moleküle aktivierter Essigsäure abgebaut werden verdoppelt sich die gebildetsten ATP,NADH2, FADH2 und CO2 Mengen oxid. Decarb. CSZ 2x C 2 H 5 OH+ 2CO₂ abgespalten pro Mol Glucose 2 NADH₂ 2 NADH₂ 6 NADH₂ 2 FADH₂ Energiegewinn in der Atmungskette 6 ATP 6 ATP 18 ATP 4 ATP 34 ATP (in der AK) + 2 ATP + 2 ATP 38 ATP Oxatessig- Säure C₂ Akzeptor NADH₂ Die Endooxidation liefert 34 Mol ATP/ Mol Glucose Die Gesammte Biologische Oxidation der Glucose liefert 38 Mol ATP = = 1140 KJ (1ATP = 30 KJ) NAD - Wirkungsgrad des aeroben Glucoseabbaus ca 40% (Rest Wärme Umwelt) - Wirkungsgrad des anaeroben Glucoseabbaus (Gärung) 2% (2 ATP) (C₁ FADH₂ Cu 2.00₂ Bilanz der gebildeten Energie Glucose C ATP NADH 2x C0₂ 1x Acetyl-COA C₂ 2 Pyruvat 2x C3 Enzyme 2 ATP 2 NADH₂ 2x Acetyl-COA Zx Cz € 2x 2 CO₂ aus 6C- Atom 2 NADI ₂ 2x 3 NADH₂ Enzyma2x 1 FADH₂ 2x1 ATP E NAD (6 € NAD NADH₂ C5 1.00₂ STOFFWECHSEL 4. Atmungskette Die Atmungskette ist eine Reihe von Wasserstoff und Elektonenübertragenden Redox Systemen. Im verlauf der Atmungskette werden die H-Atome unter Abgabe ihres Elektrons zu Protonen oxidiert. Diese Elektronen werden am Ende der Atmungskette auf Sauerstoffatome übertragen. Aerobe Glucoseverwertung Der letzte Schritt ist die Reaktion von 02- - lonen mit den zuvor gebildeten Protonen zu H2O -> Endoxidation CSZ₁ Glycolyse, oxid. Decarb CSZ NADH₂ none Reduktionskraft hoher elektronen druck 7- REDUKTIONSKRAFT ! Donator NADH₂ I aadqvn8ous ATP Trägersystem - FAD NAD+2H+ 0,50₂ FAD + 2H+ 0,50₂ ADP+P FADH₂ ATP 2H H₂O +3 ATP+NAD H₂O + 2 ATP + FAD Good Go Know Mitochondrium: Aufnahme von : - ADP, P - Brenztraubensäure - 02 Wenn die Elektronen nicht auf den Sauerstoff übertragen werden dann heißt das es kann kein Wasserstoff trägermolekül entladen werden. -> es steht kein Wasserstoff trägermolekül für die Glycolyse, decarboxilierung, Zitronensäure cykluszuverfügung ADP+P Konsequent NADI? 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Die stattfindende Oxidation entsprach vielmehr einem Entzug von Wasserstoff bzw. Elektronen. DA NADH₂ 3 ATP 10 NADH ₂30 ATP A FADH₂ → 2ATP 2 FADH₂4ATP D 34 ATP → insgesammt 38 ATP anaeroben Energiegewinnung Anaeroben Energiegewinnung (Alk. Gärung) Endprodukt: Alkohol und CO2 2 ATP Pyruvat + NADH + H+ 2. Alkoholische Gährung Nadh resycled STOFFWECHSEL Pyruvat + NADH + H+ 1 x Glucose (imeplasma) ↓ 2 x BTS → 1. Milchsäuregärung Bei der Milchsäuregärung wird die Brenztraubensäure vom NADH unmittelbar zu Lactat reduziert, lohne das Co2 als Abfallprodukt entsteht. Menschliche Muskelzellen erzeugen ATP durch Milchsäuregärung, bei Sauerstoff Knappheit. Tritt zb auf wenn der Muskel durch das Blut nichtmehr schnell genug mit Sauerstoff versorgt werden kann um den ATP Bedarf zu stillen. Das Lactat wird dann in der Erholungsphase wieder vom Blut in die Leber transportiert und da wieder zu Brenztraubensäure umgewandelt. Warum wirkt die Anhäufung von Lactat rück auf die Glycolyse? 2 ATP - Lactat verschiebt den PH-Wert ins Sauere, daher werden die Enzyme in der Glycolyse negativ beeinflusst. Der Zuckerabbau wird langsamer. - Zuckerreserven nehmen ab, da er extrem viel Zucker verbrauchen muss für 2 atp Bei der Milchsäuregärung wandeln Bakterien Brenztraubensäure in Lactat um. Ausgangsstoffe für alkoholische Gärung: Aerobe Energiegewinnung Endprodukt: CO2 und H20 (Eingansprodukt Fotosynthese -> zum Glucose Aufbau) Lactat + NAD+ Nadh resyclad Bei der Alkoholischen Gährung wird Pyruvat von Hefen und Ethanol (c2H5OH) und CO2 abgebaut. Ethanol+Co2 + NAD+ Anaerobe Energiegewinnung (Milchsäuregährung) -> laktat. Milchsäure C6H₁₂O6 2 ATP 1. Zuckerhaltige Lösungen bzw. Maischen - Traubenmaische -> Wein - Apfelmaische -> Most 2 C₂ H₂O₂ 2. Stärkehaltige Naturprodukte - Gekeimte Gerste -> Bier · Kartoffel -> Vodka