Stoffwechsel

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über längeren Zeitraum. Valorisches Aquivalent Energiemenge, die bei der Umsetzung von 12 0₂ freigesetzt wird (Einheit ₂). → Nährstoffe unterscheiden sich im Sauerstoffbedarf beim Abbau. Lernzettel Stoffwechsel Dienstag, 23. Februar 2021 13:35 10. Homoiotherme \ Poikilotherme Tiere und Energiehaushalt von Tieren: Homoiotherme (Gleichwarme) Tiere Poikilotherme (Wechselwarme) Tiere Körpertemperatur ist unabhängig von der Umgebungstemperatur. Energie für die Aufrechterhaltung der Körper- temperatur nehmen sie aus der Nahrung. • Körpertemperatur abhängig von der Umgebungstemperatur. Großteile der Energieaufnahme über Sonnen- strahlen (Wärmeenergie) ↳> Hohe Stoffwechselrate; stândige Nahrungszu- ↳ niedrige Stoffwechselrate; Nahrung muss fuhr nötig um Energie zu Gewinnen. Wärmeregulation Schwitzen (Abkühlung), Muskelzittem (aufwärmung); 2.B. Fettgewebe, Fell zur Wärme isolierung weniger häufig zugeführt werden. Wärmeregulation über Aufsuchen von warmeren Ikälteren Orten. Extreme Temperaturen - Hitze - 1 Kältetod 2.B. Säugetiere, Vögel • Bei extremen Temperaturen Wärme-/Kältestarre 2.B Reptilien, Insekten, Fische, Amphibien, wirbellose Tiere Energiehaushalt Homoiothermer Tiere: Hohe Sauerstoffaufnahme zur Oxidation von Nährstoffen nötig. Wärmeabgabe über die Oberfläche → Kleine Tiere - kleineres Körpervolumen im Vergleich zur Körperoberfläche höherer Stoffwechselverbrauch zur Aufrechterhaltung ihrer Körpertemperatur (Atem-1 Herzfrequenz, Blutzuckerkonzentration...). größere Tiere entsprechend weniger Wärmeableitung und kleinerer Energiebedarf, gemessen am Körpervolumen → niedrige Stoffwechselrate. Lernzettel - Stoffwechsel Montag, 22. Februar 2021 18:17 3. Oxidative Decarboxylierung" • Transport der Pyruvatmoleküle in die Mitochondrienmatrix. An der inneren Mitochondrienmatrit Multienzymkomplex spaltet vollständig oxidierte und damit energie- Carboxylatgruppe (coo) als CO₂ vom Pyruvatmolekule ab (Decarboxylierung). arme • Oxidation des verbliebenen C₂-Körpem zu Acetat (Anion der Essigsäure) und Reduktion von NAD+ ZU NAD+ Ht (durch Elektronenaufnahme). Acetylrest geht (relativ fragile) Bindung mit Coenzym A (COA) ein ↳ Acetyl-CoA bzw aktivierte Essigsäure C₂ H₂O-S- COA Bindung über Schwefelatom von Cod Reaktionsfreudig; Spaltung deshalb exergon. Gesamtgleichung oxidative Decarboxylierung: ausgehend von 1. Glucose Acetyl-CoA. 2C₂ H₂O3 + 2 NAD+ + CoA + 2H₂0→2C₂H₂0 - CoA + 2CO₂ + 2 (NADH+ +H²) 4. Der Citratzyklus: Eucaryoten im Mitochondrium; Procaryoten im Cytoplasma. • C₂ - Körper (als Produkt der oxidativen Decarboxylierung gehen zu Beginn des Citratzyklus eine Bindung mit Oxalessigsäure (bzw. Oxalacetat, dem deprotonierten Anion) ein → Oxalessigsäure dient als Akzeptor for Acetyl-CoA, das dadurch in den Citratzyklus gelangt und dort abgebaut werden kann. Durch Übertragung. von zwei C-Atomen auf Oxalacetat (cy) entsteht Citrat (C6). C₂-Körper werden nach und nach in Form von CO₂ abgebaut. ↳ Sauerstoff für die CO₂-Bindung stammt von H₂0 (wässriges Milieu von Zellen!), wobei der klasser- stoff zur Bindung von Reduktionsäquivalenten führt. Am Ende bleibt Oxalessigeäure übrig → Zyklus kann von neuem beginnen. Während eines Zyklus entstehen 200₂, 3 (NADH+H*), 1FADH₂, Gesamtgleichung Citratzyklus → ausgehend von 1. Molekül Glucose: 2 Acetyl-CoA + 4H₂O + 2FAD +6NAD+ + 2 (ADP + Pi) → 4CO₂ + 2C₂A + 2 FADH₂ + 6 (NADH + H²) + 2 ATP ЛАТР >> Das Kohlenstoffgerüst der Glucose wurde nun vollständig abgebaut. Die Energieausbeute ist jedoch bisher gering und beträgt, nur" 4 ATP. Die restliche Energie steckt in den überträgermolekülen NADH + H+ und FADH₂. Atmungskette. 5. Oxidative Phosphorylierung (Atmungskette + Chemiosmose) Letzter Schritt der Zellatmung (Oberführung von Energie aus Nährstoffen über Lernzettel - Stoffwechsel Dienstag, 23. Februar 2021 01:19 Schrittweise Elektronenabgabe durch Reduktionsãquivalente in Form von ATP). • Nur unter aeroben Bedingungen (Co₂ stammt aus Lungenatmung). . Atmungskette • Elektronen von NADH+H* und FADH₂ werden an Protein komplexe in der inneren Mitochondrienmembran abgegeben (Regeneration der Reduktionsaquivalente). Proteinkomplexe als Redoxsysteme können sowohl Elektronen abgeben (oxidation) als auch aufnehmen (Redulation). Elektronen bewegen sich bergab" (>Vergleich Treppe) von einem hohen zu einem niedrigen Energie- niveau. Ihr Redoxpotential (Affinität zur Elektronenaufnahme) steigt aus dem negativen in den positiven Bereich • Beim schrittweisen Elektronentransport (→ Protonen aus der Matrix werden durch die Protein komplexe I, III und II in den Informationsraum gepumpt) wird bei jeder Elektronenübertragung eine kleine Menge Energie frei, die für einen aktiven Transport von Protonen bzw. Ht-lonen in den Intermembranraum genutzt wird → es ensteht ein Protonengradient ↳ Potenzielle Energie, die sich aus Konzentrations- und Ladungsunterschied ergibt: protonen motorische Kraft. Chemiosmase' Mitochondrien- Innere Mitochon- Internme matrix drienmembran mbran- raum Kanalprotein ATP- Synthase (bzus. ATP-Synthose enthält (onderdein) . О Je höher der pH-Wert, desto niedriger die Ht-Konzentration. • Je niedriger der pH-Wert, desto höher die Ht-Konzentration. => Protonen diffundieren durch das Kanalprotein bzw. Enzym ATP Synthase entlang ihres Konzentrations- gradienten durch die innere Mitochondrienmembran. Die potentielle Energie (protonenmotorische Kraft) des Protonengradienten wird in kinetische Energie umgewandelt, die zur ATP-Synthase genutzt werden kann. => Ende der Atmungskette Sauerstoff als Akzeptor for Elektronen → O₂ wird durch Aufnahme von Elektronen und Protonen zu H2₂0 reduziert (→gebremste knallgasreaktion). Proteindiffusion (exergonisch) ist an die Synthese von ATP aus ADP und Phosphat gekoppelt → Energie kopplung Exkurs pH-Wert: . Gesamtgleichung Almungskette bew. Oxidative Phosphorylierung → ausgehend von 1. Molekül Glucose 10 (NADH+H+ + 2 FADH₂ + 28-34 ADP + 28-34 Pi + 60₂ → 12 H₂O + 10 NAD+ + 2 FAD + 28-34 ATP Anzahl der ATP-Moleküle schwankt (abhängig von Zählweise bzw. Gewebeart!) Lernzettel - Stoffwechsel Dienstag, 23. Februar 2021 10:45 6. Gesamtbilianz und Überblick über die Zellatmung Welche Produkte enstehen in welcher Anzahl ? : C-Vorper I Wasser 2 Pyruvat (C3) Teilprozess Glykolyse Oxidative Decarboxylierung Citratzyklus Atmungskette bzw. Oridative Phosphorylierung Gesamtbilianz der Produkte 2 Acetyl-CoA (2) 2002 4 Co2 12 H2O 6CO₂ + 12H₂0 H-Übertrager le-Carrier Energieüberträger (ATP) 2 (NADH +H*) Atemgastransport Hämoglobin transportiert CO₂ in die Gewebezellen. 2 (NADH +H*) Gesamtgleichong (Nettobilianz): C6H12O6 + 60₂ + 32-38 (ADP+ Pi)→ 6CO₂ + 6H₂O + 32-38 ATP Innere Atmung Zellatmung laerobe Dissimilation. 6 (NADH + H+) 2 FADH₂ Außere Atmung CO₂ wird ausgeatmet. 10 NADH + Ht 2 FADH₂ ++) Transport von CO₂ durch Venen zurück zur Lunge. 2 ATP Wirkungsgrad • Direkte Verbrennung von 1 md Glucose: 2870 kJ → unmittelbar in Form von Wärme. • Ausbeute bei der Zellatmung: 1158 h)/mol →40% nutzbarer Anteil = maximaler kirkungsgrad. ↳ Rest wird in Form von Wärme abgegeben und ist zwar, entwertet", kann aber zum Beispiel zur Aufrechterhaltung der Körpertemperatur genutzt werden (Wärmeenergie). 2 ATP 7. Atmung und Gasaustausch: Außere Atmung: Ventilation (Atembewegung) der Lunge und Gasaustausch zwischen Lunge und Blut. CO₂ diffundiert aus Alveden ins Blutplasma. 28-34 ATP 32-38 ATP Lernzettel - Stoffwechsel Montag, 22. Februar 2021 15:30 1. Die Dissimilation (zellatmung): • Die chemische Energie von Nährstoffen wird für alle Vorgänge in der Zelle nutzbar gemacht. Energiereiche Glucose (C6H1206) reagiert schrittweise mit O₂ zu Wasser und CO₂. Dabei wird Energie in Form von ATP frei. Glucose wird dabei in mehreren Teilschritten verstoffwechselt, da bei der direkten Verbrennung von Glucose eine so große Energiemenge Explosionsartig frei werden würde, dass dies die Zelle zerstören würde. • Teilschritte der Zellatmung "Glykolyse, oxidative Decarboxylierung, Citratzyclus, Atmungskette (+ Chemiosmase) 2. Die Glykolyse: Findet im Cytoplasma statt. ↳sowohl unter aeroben als auch anaeroben Bedingungen Energie investitionsphase Glucose gelangt in die Zelle und wird phosphoryliert (Phosphatgruppe wird von ATP enzymatisch abgespalten und an Glucose angelagert). ↳ 1. ADP + 1. Glucose-6- Phosphat (ionisiert, kann Zelle nicht mehr über die Membran verlassen). . Umlagerung von Glucose - 6- Phosphat zu Fructose-6- Phosphat (Isomer) Weitere Phosphoryliening → → Fructose-1,6- biphosphat → energetisch aufgeladen Enzymische Spaltung in zwei Cz-Vhörper (63P) Glycerinaldehyd-3-phosphat) >> In der Energieinvestitionsphase muss Energie in Form von ATP aufgewendet werden, um die energiereiche, aber reaktionsträge Glucose zu aktivieren und die Spattung von Glucose in zwei C₂-Körper zu ermöglichen. - 2 ATP Energiegewinnungsphase: . . • Redoxreaktion von C3- Vhörpern (2!) werden je ein Proton und zwei Elektronen enzymatisch abgespalten und auf den Elektronencarrier NAD* übertragen → Pro C₂-Körper ein Molekul NADH + H² oxidiert reduziert • An das oxidierte Substrat (C3-Körper) bindet ein Enzym eine weitere Phosphatgruppe aus dem Vorrat des Cytoplasmas. Substrat ketten phosphorylierung Phosphatreste werden von Cz-Körpern abgespalten und auf ADP übertragen (2x2=4ATP) Obrig bleiben zwei Molekule Pyruvat (C3 H3 03 ; Anion der Brenztraubensäure). + 2 ATP Gesamtgleichung Glycolyse C6H1₂O6 + 2 NAD+ + 2 (ADP + Pi) → ? H₂O₂ + 2 NAD + H² + 2ATP Lernzettel - Stoffwechsel Dienstag, 23. Februar 2021 11:30 8. Die Gärung (Anaerober Stoffwechsel) : Energiegewinnungswege; Anteil ATP in Abhängigkeit von Belastungsdauer: | Ablay KP (Keratinphosphat) 4 Evergieträger in Muskeh anaerobe Glykolyse aerobe Glykolyse Belastungsdauer Fettsäureonidation 2 (ADP+P;). 2ATP der Gäruna: Glucose (₂) 1 2NAD* >2NADH+H+ 2 Pyruvat (C3) 2 NADH+H* 2NAD+ 2 Lactat (C₂) (Salz der Milchsäure | → Brennen' durch An- Bawerung der Muskulator) Milchsäuregärung (Tiere + Milchsaurebakterien) Reaktionsschema der Gärung. Milchsäuregärung: 2 Pyruvat + 2 (NADH + H²) → 2 Lactat + 2 NAD + Alkoholische Gärung: 2 Pyruvat + 2 (NADH+H*) → 2 CO₂ + 2 Ethanol + 2NAD* Bedeutung für Organismen Glykolyse findet auch unter anaeroben Be- dingungen statt. Abspaltung von 200₂ 2 Acetaldehyd (C₂) |C² 2MADH+H² •2 NAD 2 Ethand (C₂), Alkoholische Gärung (Pflanzen + Bierhefepilze) Durch Garungsprozesse können Elektronencarrier oxidiert werden, weshalb die Glykhdyse wieder stattfinden kann. Somit stellt die Gärung eine alternative Energiegewinnung unter Sauerstoffmangel dar. Allerdings im Vergleich zur regulären Zellatmung setur ineffizient (nur 2 ATP pro Glucosemdekül). Gluconeogenese • Wenn zwangspause beim Sport durch überanstrengung I Ansäverung der Muskeln (→ lactat), dann: Auf- füllen der Sauerstoff- und Glucosespeicher. • Unter ATP-Verbrauch wird aus Lactat wieder Pyruvat und dann Glucose regeneriert → Gluconeogenese (dafür erforderliches ATP muss durch aerobe Energiegewinnung bereitgestellt werden, deshalb starkes Almen nach anaerober Energiegewinnungsphase).