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Die Umwandlung energiereicher körpereigener Stoffe in energieärmere Stoffe bezeichnet man als Dissimilation.
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definitions Die Umwandlung energiereicher körpereigener Stoffe in energieärmere Stoffe bezeichnet man als Dissimilation. Dabei wird Energie frei gesetzt. Diese wird als ATP und als Wärme nutzbar. Wird für diese Umwandlung Sauerstoff benötigt, spricht man von Zellatmung. Bei der Zellatmung wird die energiereiche Verbindung Glucose vollständig zu Kohlenstoffdioxid und Wasser oxidiert (Oxidation -> chemische Reaktion, bei der ein oxidierender Stoff Elektronen abgibt. Ein anderer Stoff nimmt die Elektronen auf) C6H₁₂O6 + 602-> 6CO₂ + 6H₂O+ Energie Zellatmung Die chemische Energie der Glucose wird dabei in mehreren Teilschritten abgegeben und in Form von ATP gespeichert. Dieses ATP kann dann von Organismen genutzt werden, um Arbeit zu leisten. Teilschritte des Glucoseabbaus: •Glykolyse •Oxidative Decarboxylierung •Citratzyklus •Atmungskette glykolyse Die Glykolyse findet im Cytoplasma statt -Glucose wird in Glucose-6-Phosphat umgewandelt, in dem ein Phosphat von ATP abgespalten und auf das Glucosemolekül übertragen wird. Es entsteht als Restprodukt das ADP. ATP ist der Cofaktor und das Enzym eine Transferase. -Das Glucose-6-Phosphat wird in Frucotse-6-Phosphat umgewandelt. Das Enzym ist eine Isomerase -Das Fructose-6-Phosphat wird in Fructose-1,6-biphosphat umgewandelt, in dem ein Phosphat vom ATP abgespalten wird. Es entsteht als Restprodukt das ADP. ATP ist der Cofaktor und das Enzym eine Transferase. -Fructose-1,6-biphosphat wird in Glycerinaldehyd-3-phosphat und Dihydroxyacetonphosphat gespalten -Dihydroxyacetonphosphat wird in Glycerinaldehyd-3-phosphat umgewandelt. Das Enzym ist eine Isomerase (Umlagerung der beiden H-Atome) Ab diesem Schritt sind jeweils immer zwei Moleküle vorhanden: -Glycerinaldehyd-3-phosphat wird in...

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1,3-Biphosphoglycerat umgewandelt und gleichzeitig wird der Cofaktor NAD+ in NADH+ H+ umgewandelt -1,3-Biphosphoglycerat wird in 3-Phosphoglycerat umgewandelt (ein Phosphat wird dabei abgespalten). Gleichzeitig wird der Cofaktor ADP in ATP umgewandelt -3-Phosphoglycerat wird in 2-Phosphoglycerat umgewandelt. Das Enzym ist eine Isomerase (Phosphatgruppe vom dritten C- Atom zum zweiten C-Atom umgelagert) -2-Phosphoglycerat wird in Phosphoenolpyruvat umgewandelt, wobei Wasser abgespalten wird. Das Enzym ist eine Hydrolase. -Phosphoenolpyruvat wird in Pyruvat (Brenztraubensäure) umgewandelt, wobei ein Phosphat abgespalten wird. ADP wird als Cofaktor zu ATP umgewandelt. Bilanzgleichung: Glucose + 2 NAD + 2 ADP + 2℗-> 2 Pyruvat + 2 NADH + H+ 2 ATP (C6H₁₂O6) Zusammenfassung: -aus einem Glucosemolekül entstehen zwei Pyruvat (Brenztraubensäure) -Glykolyse findet im Cytoplasma statt -Energie: 2 ATP und 2 NADH+ 2H+ ATP ADP Glucose-6-phosphat ATP ADP Glucose Fructose-6-phosphat Dihydroxy- acetonphosphat NAD* NADH+H* Hexokinase Fructose-1,6-bisphosphat ADP ATP Phosphoglucose- isomerase Phosphofructo- kinase H₂0- Aldolase ADP ATP- Glycerinaldehyd- 3-phosphat 1,3-Bisphosphoglycerat -H₂0 Glycerinaldehyd- 3-phosphat- dehydrogenase 3-Phosphoglycerat Phosphoglycerin- säurekinase 2-Phosphoglycerat ⒸPhosphoglycero- mutase Enolase Phosphoenolpyruvat Pyruvat- kinase Pyruvat Abb. 3.11: Ablauf der Glykolyse -nach der Glykolyse: Das Pyruvat wird über spezielle Transportproteine (Transversalmembranproteine) in die Matrix des Mitochondriums transportiert -exergonische Reaktion (Reaktion, die spontan abläuft, wenn Delta G ein negatives Vorzeichen hat) oxidative decarboxylierung Die oxidative Decarboxylierung läuft in den Mitochondrien ab. Hier wird Brenztraubensäure (Pyruvat) angeliefert. Von diesem Molekül wird Kohlenstoffdioxid abgespalten. Es entsteht Ethansäure (=Essigsäure). -Pyruvat wird in Acetyl-CoA umgewandelt -NAD+ wird als Cofaktor in NADH+ H+ umgewandelt -Kohlenstoffdioxid wird dabei abgespalten (Cofaktor) -> Decarboxylierung (Abgabe des C-Atoms im Kohlenstoffdioxid) -Dabei wird auch CoA gebunden Bilanzgleichung: 2 Pyruvat+ 2 NAD + 2 COA -> 2 Acetyl-CoA+ 2 CO₂+ 2 NADH+H* citratzyklus Findet in den Mitochondrien statt. -Oxalacetat (mit vier C-Atomen) wird in Citrat (mit sechs C-Atomen) umgewandelt, in dem zwei C-Atome des Acetyl-CoA gebunden werden. Gleichzeitig wird CoA abgespalten, was dann wieder für die oxidative Decarboxylierung verwendet werden kann. Wasser wird als Cofaktor hinzugegeben. -Succinyl-CoA wird in Succinat umgewandelt. GDP wird dabei mithilfe von Phosphat in GTP umgewandelt. Wasser wird als Cofaktor zur Reaktion hinzugegeben und CoA wird abgespalten. GTP wird in einer weiteren Reaktion in GDP umgewandelt und gibt ein Phosphat wieder an ADP ab, so dass dieses zu ATP wird. -Succinat wird in Fumerat umgewandelt, wobei zwei H-Atome (von dem zweiten und dritten C-Atom) abgespalten werden. FAD wird als Cofaktor in FADH₂umgewandelt (zwei H-Atome von Succinat) Bilanzgleichung 2 Acetyl-CoA + 3 NAD + 2 FAD + 2 H₂O + 2 GDP+P -> 2 CO2 + 3 NADH+H*+ 2 FADH₂ + 2 GTP + COA Zusammenfassung: Oxidative Decarboxylierung und Citratzyklus -Es sind am Anfang immer zwei Moleküle Pyruvat, alles muss also doppelt gezählt werden -es handelt sich um einen Kreislauf bei dem Cytratzyklus (Wiederholung des Prozesses) -sowohl bei der Oxidativen Decarboxylierung als auch beim Citratzyklus entsteht Kohlenstoffdioxid -Energie: 2 ATP und 8 NADH+ H+, 2 FADH 2 NADH) + HO- 8-3-5-8 (H+) HC NAD+ çoo- CH COO- çoo 0 C CH₂ _ coo (4 C) Malat (4 C) Fumarat FADH₂ NADH 16 FAD H₂O NAD+ (4C) Oxalacetat CO₂ (4 C) Succinat CH₂ CH₂ COO- COA Pyruvat Acetyl-CoA H₂O GTP COA ADP Oxidative Decarboxylierung Citratzyklus CoA H₂O ATP -CoA Citrat (6 C) GDP+ P C=O CH₂ Succinyl- COA (4 C) ç⁰⁰- CH₂ HOIC-COO- CH₂ COO Isocitrat (6C) CO₂ CO₂ çoo- CH₂ CH₂ C=O S-COA çoo- HC-COO- HỌ–CH COO™ NAD+ NADH a-ketoglutarat (5 C) COA NAD+ NADH+H* H çoo- CH₂ CH₂ C=O €90- atmungskette und oxidative phosphorylierung In der Atmungskette wird der im Zitronensäure-Zyklus gebildete Wasserstoff unter hohem Energiegewinn oxidiert: Die Atmungskette wird von Enzymen gebildet, die in der inneren Membran der Mitochondrien sitzen. -NADH+H* wird in der Reaktion zu NAD+ umgewandelt. Dabei werden sowohl Protonen (H+) und Elektronen (e-) abgegeben. Protonen werden über Multienzymkomplexe über die innere Membran von der Mitochondrienmatrix in den Intermembranraum transportiert. Über die Redoxreaktion der Multienzymkomplexe wird Energie frei, die dazu verwendet wird, die Protonen über die innere Mitochondrienmembran zu pumpen. -Im Intermembranraum sind im Vergleich zur Mitochondrienmatrix mehr Protonen (H+) enthalten. Es entsteht ein Konzentrations- und Ladungsunterschied, also ein chemischer Protonengradient. Die Protonen haben das Bestreben in die Mitochondrienmatrix zu diffundieren und tun dies über die ATP-Synthase. Dadurch wird ADP und Phosphat in ATP umgewandelt. -Es befinden sich am Ende Protonen in der Mitochondrienmatrix. Die Protonen werden zusammen mit Sauerstoff zu Wasser umgewandelt, dabei werden die über Membranen transportierten Elektronen genutzt. Bilanzgleichung: 10 NADH+H*+ 2 FADH2+ 32 (ADP+P) + 6 O₂> 10 NAD*+ 2 FAD + 12 H₂O + 32 ATP Begriffe: aerob: mit Sauerstoff Oxidativ: Protonen und Sauerstoff werden zu Wasser umgewandelt Phosphorylierung: ADP und Phosphat werden zu ATP umgewandelt Intermembranraum innere Mitochondrien- membran Mitochondrien- matrix H Multienzym- komplex I NADH (bringt Elektronen aus Glykolyse und Citratzyklus) H Atmungskette Ubi- chinon NAD* H+ Multienzym- komplex III H* Ht Cyt c H Cyto- chrom c 2 H+1/20₂ H' H H Multienzym- komplex IV H' (H₂O Weg der Elektronen Die von FADH₂ transportierten Elektronen gelangen über den nicht eingezeichneten Multienzymkomplex II und Ubichinon in die Atmungskette. Weg der Protonen H' DP + ATP- Synthase H* H energiebilont Elemente C Kohlenstoff H - Wasserstoff O Sauerstoff Co2 - Kohlenstoffdioxid H₂O - Wasser NAD - Nicotinamidadenindinukleotid GDP Guanosindiphosphat GTP - Guanosintriphosphat FADH2 - Flavin-Adenin-Dinukleotid Stoffwechselweg Glykolyse oxidative Decarboxylierung Citratzyklus Atmungskette (es kommt keine neue Energie hinzu!) Energiegewinn Bis Pyruvat werden 2 ATP und 2 NADH+H+ gewonnen Pyruvat wird in der oxidativen Decarboxylierung in das energiereichere Acetyl-CoA umgewandelt. Dabei entstehen nochmals 2 NADH+H+ Im Citratzyklus wird Acetyl-CoA eingespeist und Kohlenstoffdioxid freigesetzt. Dabei laufen 8 Reaktionen ab, wobei 6 NADH+H+, 2 FADH2und 2 GTP entstehen. Alle bisher entstandenen Redoxäquivalente werden in ATP umgewandelt. Es entstehen: -4 ATP (Glykolyse und GTP aus Citratzyklus) -30 ATP (aus allen entstandenen NADH+H+) -4 ATP (aus allen entstandenen FADH) ->Summe: 38 ATP -> 2 ATP + 2 ATP + 34 ATP = 38 ATP pro 1 Molekül Glucose (Glykolyse) (Citratzyklus) (Atmungskette) definitions Die Umwandlung energiereicher körpereigener Stoffe in energieärmere Stoffe bezeichnet man als Dissimilation. Dabei wird Energie frei gesetzt. Diese wird als ATP und als Wärme nutzbar. Wird für diese Umwandlung Sauerstoff benötigt, spricht man von Zellatmung. Bei der Zellatmung wird die energiereiche Verbindung Glucose vollständig zu Kohlenstoffdioxid und Wasser oxidiert (Oxidation -> chemische Reaktion, bei der ein oxidierender Stoff Elektronen abgibt. Ein anderer Stoff nimmt die Elektronen auf) C6H₁₂O6 + 602-> 6CO₂ + 6H₂O+ Energie Zellatmung Die chemische Energie der Glucose wird dabei in mehreren Teilschritten abgegeben und in Form von ATP gespeichert. Dieses ATP kann dann von Organismen genutzt werden, um Arbeit zu leisten. Teilschritte des Glucoseabbaus: •Glykolyse •Oxidative Decarboxylierung •Citratzyklus •Atmungskette glykolyse Die Glykolyse findet im Cytoplasma statt -Glucose wird in Glucose-6-Phosphat umgewandelt, in dem ein Phosphat von ATP abgespalten und auf das Glucosemolekül übertragen wird. Es entsteht als Restprodukt das ADP. ATP ist der Cofaktor und das Enzym eine Transferase. -Das Glucose-6-Phosphat wird in Frucotse-6-Phosphat umgewandelt. Das Enzym ist eine Isomerase -Das Fructose-6-Phosphat wird in Fructose-1,6-biphosphat umgewandelt, in dem ein Phosphat vom ATP abgespalten wird. Es entsteht als Restprodukt das ADP. ATP ist der Cofaktor und das Enzym eine Transferase. -Fructose-1,6-biphosphat wird in Glycerinaldehyd-3-phosphat und Dihydroxyacetonphosphat gespalten -Dihydroxyacetonphosphat wird in Glycerinaldehyd-3-phosphat umgewandelt. Das Enzym ist eine Isomerase (Umlagerung der beiden H-Atome) Ab diesem Schritt sind jeweils immer zwei Moleküle vorhanden: -Glycerinaldehyd-3-phosphat wird in 1,3-Biphosphoglycerat umgewandelt und gleichzeitig wird der Cofaktor NAD+ in NADH+ H+ umgewandelt -1,3-Biphosphoglycerat wird in 3-Phosphoglycerat umgewandelt (ein Phosphat wird dabei abgespalten). Gleichzeitig wird der Cofaktor ADP in ATP umgewandelt -3-Phosphoglycerat wird in 2-Phosphoglycerat umgewandelt. Das Enzym ist eine Isomerase (Phosphatgruppe vom dritten C- Atom zum zweiten C-Atom umgelagert) -2-Phosphoglycerat wird in Phosphoenolpyruvat umgewandelt, wobei Wasser abgespalten wird. Das Enzym ist eine Hydrolase. -Phosphoenolpyruvat wird in Pyruvat (Brenztraubensäure) umgewandelt, wobei ein Phosphat abgespalten wird. ADP wird als Cofaktor zu ATP umgewandelt. Bilanzgleichung: Glucose + 2 NAD + 2 ADP + 2℗-> 2 Pyruvat + 2 NADH + H+ 2 ATP (C6H₁₂O6) Zusammenfassung: -aus einem Glucosemolekül entstehen zwei Pyruvat (Brenztraubensäure) -Glykolyse findet im Cytoplasma statt -Energie: 2 ATP und 2 NADH+ 2H+ ATP ADP Glucose-6-phosphat ATP ADP Glucose Fructose-6-phosphat Dihydroxy- acetonphosphat NAD* NADH+H* Fructose-1,6-bisphosphat ADP ATP Hexokinase Phosphoglucose- isomerase H₂0- Phosphofructo- kinase ADP ATP- Aldolase 1,3-Bisphosphoglycerat Glycerinaldehyd- 3-phosphat Pyruvat -H₂0 Glycerinaldehyd- 3-phosphat- dehydrogenase 3-Phosphoglycerat Phosphoglycerin- säurekinase 2-Phosphoglycerat ⒸPhosphoglycero- mutase Phosphoenolpyruvat Enolase Pyruvat- kinase Abb. 3.11: Ablauf der Glykolyse -nach der Glykolyse: Das Pyruvat wird über spezielle Transportproteine (Transversalmembranproteine) in die Matrix des Mitochondriums transportiert -exergonische Reaktion (Reaktion, die spontan abläuft, wenn Delta G ein negatives Vorzeichen hat) oxidative decarboxylierung Die oxidative Decarboxylierung läuft in den Mitochondrien ab. Hier wird Brenztraubensäure (Pyruvat) angeliefert. Von diesem Molekül wird Kohlenstoffdioxid abgespalten. Es entsteht Ethansäure (=Essigsäure). -Pyruvat wird in Acetyl-CoA umgewandelt -NAD+ wird als Cofaktor in NADH+ H+ umgewandelt -Kohlenstoffdioxid wird dabei abgespalten (Cofaktor) -> Decarboxylierung (Abgabe des C-Atoms im Kohlenstoffdioxid) -Dabei wird auch CoA gebunden Bilanzgleichung: 2 Pyruvat+ 2 NAD + 2 COA -> 2 Acetyl-CoA+ 2 CO₂+ 2 NADH+H* citratzyklus Findet in den Mitochondrien statt. -Oxalacetat (mit vier C-Atomen) wird in Citrat (mit sechs C-Atomen) umgewandelt, in dem zwei C-Atome des Acetyl-CoA gebunden werden. Gleichzeitig wird CoA abgespalten, was dann wieder für die oxidative Decarboxylierung verwendet werden kann. Wasser wird als Cofaktor hinzugegeben. -Succinyl-CoA wird in Succinat umgewandelt. GDP wird dabei mithilfe von Phosphat in GTP umgewandelt. Wasser wird als Cofaktor zur Reaktion hinzugegeben und CoA wird abgespalten. GTP wird in einer weiteren Reaktion in GDP umgewandelt und gibt ein Phosphat wieder an ADP ab, so dass dieses zu ATP wird. -Succinat wird in Fumerat umgewandelt, wobei zwei H-Atome (von dem zweiten und dritten C-Atom) abgespalten werden. FAD wird als Cofaktor in FADH₂umgewandelt (zwei H-Atome von Succinat) Bilanzgleichung 2 Acetyl-CoA + 3 NAD + 2 FAD + 2 H₂O + 2 GDP+P -> 2 CO2 + 3 NADH+H*+ 2 FADH₂ + 2 GTP + COA Zusammenfassung: Oxidative Decarboxylierung und Citratzyklus -Es sind am Anfang immer zwei Moleküle Pyruvat, alles muss also doppelt gezählt werden -es handelt sich um einen Kreislauf bei dem Cytratzyklus (Wiederholung des Prozesses) -sowohl bei der Oxidativen Decarboxylierung als auch beim Citratzyklus entsteht Kohlenstoffdioxid -Energie: 2 ATP und 8 NADH+ H+, 2 FADH 2 NADH) + HO- 8-3-5-8 HC (H+) çoo- CH COO NAD+ çoo 0 C CH₂ _ coo (4 C) Malat (4 C) Fumarat FADH₂ NADH 16 FAD H₂O NAD+ (4C) Oxalacetat CO₂ (4 C) Succinat CH₂ CH₂ COO- COA Pyruvat Acetyl-CoA H₂O GTP COA ADP oxidative Decarboxylierung Citratzyklus CoA H₂O ATP -COA Citrat (6 C) GDP+ P C=O CH₂ çoo- CH₂ HOIC-COO- CH₂ COO Succinyl- COA (4 C) Isocitrat (6C) CO₂ CO₂ çoo- CH₂ CH₂ C=O S-COA çoo- HC-COO- HỌ–CH COO™ NAD+ NADH a-ketoglutarat (5 C) COA NAD+ NADH+H* H çoo- CH₂ CH₂ C=O 590- atmungskette und oxidative phosphorylierung In der Atmungskette wird der im Zitronensäure-Zyklus gebildete Wasserstoff unter hohem Energiegewinn oxidiert: Die Atmungskette wird von Enzymen gebildet, die in der inneren Membran der Mitochondrien sitzen. -NADH+H* wird in der Reaktion zu NAD+ umgewandelt. Dabei werden sowohl Protonen (H+) und Elektronen (e-) abgegeben. Protonen werden über Multienzymkomplexe über die innere Membran von der Mitochondrienmatrix in den Intermembranraum transportiert. Über die Redoxreaktion der Multienzymkomplexe wird Energie frei, die dazu verwendet wird, die Protonen über die innere Mitochondrienmembran zu pumpen. -Im Intermembranraum sind im Vergleich zur Mitochondrienmatrix mehr Protonen (H+) enthalten. Es entsteht ein Konzentrations- und Ladungsunterschied, also ein chemischer Protonengradient. Die Protonen haben das Bestreben in die Mitochondrienmatrix zu diffundieren und tun dies über die ATP-Synthase. Dadurch wird ADP und Phosphat in ATP umgewandelt. -Es befinden sich am Ende Protonen in der Mitochondrienmatrix. Die Protonen werden zusammen mit Sauerstoff zu Wasser umgewandelt, dabei werden die über Membranen transportierten Elektronen genutzt. Bilanzgleichung: 10 NADH+H*+ 2 FADH2+ 32 (ADP+P) + 6 O₂> 10 NAD*+ 2 FAD + 12 H₂O + 32 ATP Begriffe: aerob: mit Sauerstoff Oxidativ: Protonen und Sauerstoff werden zu Wasser umgewandelt Phosphorylierung: ADP und Phosphat werden zu ATP umgewandelt Intermembranraum innere Mitochondrien- membran Mitochondrien- matrix H Multienzym- komplex I NADH (bringt Elektronen aus Glykolyse und Citratzyklus) H Atmungskette Ubi- chinon NAD* H+ Multienzym- komplex III H* Ht Cyt c H Cyto- chrom c 2 H+1/20₂ H' H H Multienzym- komplex IV H' (H₂O Weg der Elektronen Die von FADH₂ transportierten Elektronen gelangen über den nicht eingezeichneten Multienzymkomplex II und Ubichinon in die Atmungskette. Weg der Protonen H' DP + ATP- Synthase H* H energiebilont Elemente C Kohlenstoff H - Wasserstoff O Sauerstoff Co2 - Kohlenstoffdioxid H₂O - Wasser NAD - Nicotinamidadenindinukleotid GDP - Guanosindiphosphat GTP - Guanosintriphosphat FADH2 - Flavin-Adenin-Dinukleotid Stoffwechselweg Glykolyse oxidative Decarboxylierung Citratzyklus Atmungskette (es kommt keine neue Energie hinzu!) Energiegewinn Bis Pyruvat werden 2 ATP und 2 NADH+H+ gewonnen Pyruvat wird in der oxidativen Decarboxylierung in das energiereichere Acetyl-CoA umgewandelt. Dabei entstehen nochmals 2 NADH+H+ Im Citratzyklus wird Acetyl-CoA eingespeist und Kohlenstoffdioxid freigesetzt. Dabei laufen 8 Reaktionen ab, wobei 6 NADH+H+, 2 FADH2und 2 GTP entstehen. Alle bisher entstandenen Redoxäquivalente werden in ATP umgewandelt. Es entstehen: -4 ATP (Glykolyse und GTP aus Citratzyklus) -30 ATP (aus allen entstandenen NADH+H+) -4 ATP (aus allen entstandenen FADH) ->Summe: 38 ATP -> 2 ATP + 2 ATP + 34 ATP = 38 ATP pro 1 Molekül Glucose (Glykolyse) (Citratzyklus) (Atmungskette)

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Vielen Dank, wirklich hilfreich für mich, da wir gerade genau das Thema in der Schule haben 😁

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1,3-Biphosphoglycerat umgewandelt und gleichzeitig wird der Cofaktor NAD+ in NADH+ H+ umgewandelt -1,3-Biphosphoglycerat wird in 3-Phosphoglycerat umgewandelt (ein Phosphat wird dabei abgespalten). Gleichzeitig wird der Cofaktor ADP in ATP umgewandelt -3-Phosphoglycerat wird in 2-Phosphoglycerat umgewandelt. Das Enzym ist eine Isomerase (Phosphatgruppe vom dritten C- Atom zum zweiten C-Atom umgelagert) -2-Phosphoglycerat wird in Phosphoenolpyruvat umgewandelt, wobei Wasser abgespalten wird. Das Enzym ist eine Hydrolase. -Phosphoenolpyruvat wird in Pyruvat (Brenztraubensäure) umgewandelt, wobei ein Phosphat abgespalten wird. ADP wird als Cofaktor zu ATP umgewandelt. Bilanzgleichung: Glucose + 2 NAD + 2 ADP + 2℗-> 2 Pyruvat + 2 NADH + H+ 2 ATP (C6H₁₂O6) Zusammenfassung: -aus einem Glucosemolekül entstehen zwei Pyruvat (Brenztraubensäure) -Glykolyse findet im Cytoplasma statt -Energie: 2 ATP und 2 NADH+ 2H+ ATP ADP Glucose-6-phosphat ATP ADP Glucose Fructose-6-phosphat Dihydroxy- acetonphosphat NAD* NADH+H* Hexokinase Fructose-1,6-bisphosphat ADP ATP Phosphoglucose- isomerase Phosphofructo- kinase H₂0- Aldolase ADP ATP- Glycerinaldehyd- 3-phosphat 1,3-Bisphosphoglycerat -H₂0 Glycerinaldehyd- 3-phosphat- dehydrogenase 3-Phosphoglycerat Phosphoglycerin- säurekinase 2-Phosphoglycerat ⒸPhosphoglycero- mutase Enolase Phosphoenolpyruvat Pyruvat- kinase Pyruvat Abb. 3.11: Ablauf der Glykolyse -nach der Glykolyse: Das Pyruvat wird über spezielle Transportproteine (Transversalmembranproteine) in die Matrix des Mitochondriums transportiert -exergonische Reaktion (Reaktion, die spontan abläuft, wenn Delta G ein negatives Vorzeichen hat) oxidative decarboxylierung Die oxidative Decarboxylierung läuft in den Mitochondrien ab. Hier wird Brenztraubensäure (Pyruvat) angeliefert. Von diesem Molekül wird Kohlenstoffdioxid abgespalten. Es entsteht Ethansäure (=Essigsäure). -Pyruvat wird in Acetyl-CoA umgewandelt -NAD+ wird als Cofaktor in NADH+ H+ umgewandelt -Kohlenstoffdioxid wird dabei abgespalten (Cofaktor) -> Decarboxylierung (Abgabe des C-Atoms im Kohlenstoffdioxid) -Dabei wird auch CoA gebunden Bilanzgleichung: 2 Pyruvat+ 2 NAD + 2 COA -> 2 Acetyl-CoA+ 2 CO₂+ 2 NADH+H* citratzyklus Findet in den Mitochondrien statt. -Oxalacetat (mit vier C-Atomen) wird in Citrat (mit sechs C-Atomen) umgewandelt, in dem zwei C-Atome des Acetyl-CoA gebunden werden. Gleichzeitig wird CoA abgespalten, was dann wieder für die oxidative Decarboxylierung verwendet werden kann. Wasser wird als Cofaktor hinzugegeben. -Succinyl-CoA wird in Succinat umgewandelt. GDP wird dabei mithilfe von Phosphat in GTP umgewandelt. Wasser wird als Cofaktor zur Reaktion hinzugegeben und CoA wird abgespalten. GTP wird in einer weiteren Reaktion in GDP umgewandelt und gibt ein Phosphat wieder an ADP ab, so dass dieses zu ATP wird. -Succinat wird in Fumerat umgewandelt, wobei zwei H-Atome (von dem zweiten und dritten C-Atom) abgespalten werden. FAD wird als Cofaktor in FADH₂umgewandelt (zwei H-Atome von Succinat) Bilanzgleichung 2 Acetyl-CoA + 3 NAD + 2 FAD + 2 H₂O + 2 GDP+P -> 2 CO2 + 3 NADH+H*+ 2 FADH₂ + 2 GTP + COA Zusammenfassung: Oxidative Decarboxylierung und Citratzyklus -Es sind am Anfang immer zwei Moleküle Pyruvat, alles muss also doppelt gezählt werden -es handelt sich um einen Kreislauf bei dem Cytratzyklus (Wiederholung des Prozesses) -sowohl bei der Oxidativen Decarboxylierung als auch beim Citratzyklus entsteht Kohlenstoffdioxid -Energie: 2 ATP und 8 NADH+ H+, 2 FADH 2 NADH) + HO- 8-3-5-8 (H+) HC NAD+ çoo- CH COO- çoo 0 C CH₂ _ coo (4 C) Malat (4 C) Fumarat FADH₂ NADH 16 FAD H₂O NAD+ (4C) Oxalacetat CO₂ (4 C) Succinat CH₂ CH₂ COO- COA Pyruvat Acetyl-CoA H₂O GTP COA ADP Oxidative Decarboxylierung Citratzyklus CoA H₂O ATP -CoA Citrat (6 C) GDP+ P C=O CH₂ Succinyl- COA (4 C) ç⁰⁰- CH₂ HOIC-COO- CH₂ COO Isocitrat (6C) CO₂ CO₂ çoo- CH₂ CH₂ C=O S-COA çoo- HC-COO- HỌ–CH COO™ NAD+ NADH a-ketoglutarat (5 C) COA NAD+ NADH+H* H çoo- CH₂ CH₂ C=O €90- atmungskette und oxidative phosphorylierung In der Atmungskette wird der im Zitronensäure-Zyklus gebildete Wasserstoff unter hohem Energiegewinn oxidiert: Die Atmungskette wird von Enzymen gebildet, die in der inneren Membran der Mitochondrien sitzen. -NADH+H* wird in der Reaktion zu NAD+ umgewandelt. Dabei werden sowohl Protonen (H+) und Elektronen (e-) abgegeben. Protonen werden über Multienzymkomplexe über die innere Membran von der Mitochondrienmatrix in den Intermembranraum transportiert. Über die Redoxreaktion der Multienzymkomplexe wird Energie frei, die dazu verwendet wird, die Protonen über die innere Mitochondrienmembran zu pumpen. -Im Intermembranraum sind im Vergleich zur Mitochondrienmatrix mehr Protonen (H+) enthalten. Es entsteht ein Konzentrations- und Ladungsunterschied, also ein chemischer Protonengradient. Die Protonen haben das Bestreben in die Mitochondrienmatrix zu diffundieren und tun dies über die ATP-Synthase. Dadurch wird ADP und Phosphat in ATP umgewandelt. -Es befinden sich am Ende Protonen in der Mitochondrienmatrix. Die Protonen werden zusammen mit Sauerstoff zu Wasser umgewandelt, dabei werden die über Membranen transportierten Elektronen genutzt. Bilanzgleichung: 10 NADH+H*+ 2 FADH2+ 32 (ADP+P) + 6 O₂> 10 NAD*+ 2 FAD + 12 H₂O + 32 ATP Begriffe: aerob: mit Sauerstoff Oxidativ: Protonen und Sauerstoff werden zu Wasser umgewandelt Phosphorylierung: ADP und Phosphat werden zu ATP umgewandelt Intermembranraum innere Mitochondrien- membran Mitochondrien- matrix H Multienzym- komplex I NADH (bringt Elektronen aus Glykolyse und Citratzyklus) H Atmungskette Ubi- chinon NAD* H+ Multienzym- komplex III H* Ht Cyt c H Cyto- chrom c 2 H+1/20₂ H' H H Multienzym- komplex IV H' (H₂O Weg der Elektronen Die von FADH₂ transportierten Elektronen gelangen über den nicht eingezeichneten Multienzymkomplex II und Ubichinon in die Atmungskette. Weg der Protonen H' DP + ATP- Synthase H* H energiebilont Elemente C Kohlenstoff H - Wasserstoff O Sauerstoff Co2 - Kohlenstoffdioxid H₂O - Wasser NAD - Nicotinamidadenindinukleotid GDP Guanosindiphosphat GTP - Guanosintriphosphat FADH2 - Flavin-Adenin-Dinukleotid Stoffwechselweg Glykolyse oxidative Decarboxylierung Citratzyklus Atmungskette (es kommt keine neue Energie hinzu!) Energiegewinn Bis Pyruvat werden 2 ATP und 2 NADH+H+ gewonnen Pyruvat wird in der oxidativen Decarboxylierung in das energiereichere Acetyl-CoA umgewandelt. Dabei entstehen nochmals 2 NADH+H+ Im Citratzyklus wird Acetyl-CoA eingespeist und Kohlenstoffdioxid freigesetzt. Dabei laufen 8 Reaktionen ab, wobei 6 NADH+H+, 2 FADH2und 2 GTP entstehen. Alle bisher entstandenen Redoxäquivalente werden in ATP umgewandelt. Es entstehen: -4 ATP (Glykolyse und GTP aus Citratzyklus) -30 ATP (aus allen entstandenen NADH+H+) -4 ATP (aus allen entstandenen FADH) ->Summe: 38 ATP -> 2 ATP + 2 ATP + 34 ATP = 38 ATP pro 1 Molekül Glucose (Glykolyse) (Citratzyklus) (Atmungskette) definitions Die Umwandlung energiereicher körpereigener Stoffe in energieärmere Stoffe bezeichnet man als Dissimilation. Dabei wird Energie frei gesetzt. Diese wird als ATP und als Wärme nutzbar. Wird für diese Umwandlung Sauerstoff benötigt, spricht man von Zellatmung. Bei der Zellatmung wird die energiereiche Verbindung Glucose vollständig zu Kohlenstoffdioxid und Wasser oxidiert (Oxidation -> chemische Reaktion, bei der ein oxidierender Stoff Elektronen abgibt. Ein anderer Stoff nimmt die Elektronen auf) C6H₁₂O6 + 602-> 6CO₂ + 6H₂O+ Energie Zellatmung Die chemische Energie der Glucose wird dabei in mehreren Teilschritten abgegeben und in Form von ATP gespeichert. Dieses ATP kann dann von Organismen genutzt werden, um Arbeit zu leisten. Teilschritte des Glucoseabbaus: •Glykolyse •Oxidative Decarboxylierung •Citratzyklus •Atmungskette glykolyse Die Glykolyse findet im Cytoplasma statt -Glucose wird in Glucose-6-Phosphat umgewandelt, in dem ein Phosphat von ATP abgespalten und auf das Glucosemolekül übertragen wird. Es entsteht als Restprodukt das ADP. ATP ist der Cofaktor und das Enzym eine Transferase. -Das Glucose-6-Phosphat wird in Frucotse-6-Phosphat umgewandelt. Das Enzym ist eine Isomerase -Das Fructose-6-Phosphat wird in Fructose-1,6-biphosphat umgewandelt, in dem ein Phosphat vom ATP abgespalten wird. Es entsteht als Restprodukt das ADP. ATP ist der Cofaktor und das Enzym eine Transferase. -Fructose-1,6-biphosphat wird in Glycerinaldehyd-3-phosphat und Dihydroxyacetonphosphat gespalten -Dihydroxyacetonphosphat wird in Glycerinaldehyd-3-phosphat umgewandelt. Das Enzym ist eine Isomerase (Umlagerung der beiden H-Atome) Ab diesem Schritt sind jeweils immer zwei Moleküle vorhanden: -Glycerinaldehyd-3-phosphat wird in 1,3-Biphosphoglycerat umgewandelt und gleichzeitig wird der Cofaktor NAD+ in NADH+ H+ umgewandelt -1,3-Biphosphoglycerat wird in 3-Phosphoglycerat umgewandelt (ein Phosphat wird dabei abgespalten). Gleichzeitig wird der Cofaktor ADP in ATP umgewandelt -3-Phosphoglycerat wird in 2-Phosphoglycerat umgewandelt. Das Enzym ist eine Isomerase (Phosphatgruppe vom dritten C- Atom zum zweiten C-Atom umgelagert) -2-Phosphoglycerat wird in Phosphoenolpyruvat umgewandelt, wobei Wasser abgespalten wird. Das Enzym ist eine Hydrolase. -Phosphoenolpyruvat wird in Pyruvat (Brenztraubensäure) umgewandelt, wobei ein Phosphat abgespalten wird. ADP wird als Cofaktor zu ATP umgewandelt. Bilanzgleichung: Glucose + 2 NAD + 2 ADP + 2℗-> 2 Pyruvat + 2 NADH + H+ 2 ATP (C6H₁₂O6) Zusammenfassung: -aus einem Glucosemolekül entstehen zwei Pyruvat (Brenztraubensäure) -Glykolyse findet im Cytoplasma statt -Energie: 2 ATP und 2 NADH+ 2H+ ATP ADP Glucose-6-phosphat ATP ADP Glucose Fructose-6-phosphat Dihydroxy- acetonphosphat NAD* NADH+H* Fructose-1,6-bisphosphat ADP ATP Hexokinase Phosphoglucose- isomerase H₂0- Phosphofructo- kinase ADP ATP- Aldolase 1,3-Bisphosphoglycerat Glycerinaldehyd- 3-phosphat Pyruvat -H₂0 Glycerinaldehyd- 3-phosphat- dehydrogenase 3-Phosphoglycerat Phosphoglycerin- säurekinase 2-Phosphoglycerat ⒸPhosphoglycero- mutase Phosphoenolpyruvat Enolase Pyruvat- kinase Abb. 3.11: Ablauf der Glykolyse -nach der Glykolyse: Das Pyruvat wird über spezielle Transportproteine (Transversalmembranproteine) in die Matrix des Mitochondriums transportiert -exergonische Reaktion (Reaktion, die spontan abläuft, wenn Delta G ein negatives Vorzeichen hat) oxidative decarboxylierung Die oxidative Decarboxylierung läuft in den Mitochondrien ab. Hier wird Brenztraubensäure (Pyruvat) angeliefert. Von diesem Molekül wird Kohlenstoffdioxid abgespalten. Es entsteht Ethansäure (=Essigsäure). -Pyruvat wird in Acetyl-CoA umgewandelt -NAD+ wird als Cofaktor in NADH+ H+ umgewandelt -Kohlenstoffdioxid wird dabei abgespalten (Cofaktor) -> Decarboxylierung (Abgabe des C-Atoms im Kohlenstoffdioxid) -Dabei wird auch CoA gebunden Bilanzgleichung: 2 Pyruvat+ 2 NAD + 2 COA -> 2 Acetyl-CoA+ 2 CO₂+ 2 NADH+H* citratzyklus Findet in den Mitochondrien statt. -Oxalacetat (mit vier C-Atomen) wird in Citrat (mit sechs C-Atomen) umgewandelt, in dem zwei C-Atome des Acetyl-CoA gebunden werden. Gleichzeitig wird CoA abgespalten, was dann wieder für die oxidative Decarboxylierung verwendet werden kann. Wasser wird als Cofaktor hinzugegeben. -Succinyl-CoA wird in Succinat umgewandelt. GDP wird dabei mithilfe von Phosphat in GTP umgewandelt. Wasser wird als Cofaktor zur Reaktion hinzugegeben und CoA wird abgespalten. GTP wird in einer weiteren Reaktion in GDP umgewandelt und gibt ein Phosphat wieder an ADP ab, so dass dieses zu ATP wird. -Succinat wird in Fumerat umgewandelt, wobei zwei H-Atome (von dem zweiten und dritten C-Atom) abgespalten werden. FAD wird als Cofaktor in FADH₂umgewandelt (zwei H-Atome von Succinat) Bilanzgleichung 2 Acetyl-CoA + 3 NAD + 2 FAD + 2 H₂O + 2 GDP+P -> 2 CO2 + 3 NADH+H*+ 2 FADH₂ + 2 GTP + COA Zusammenfassung: Oxidative Decarboxylierung und Citratzyklus -Es sind am Anfang immer zwei Moleküle Pyruvat, alles muss also doppelt gezählt werden -es handelt sich um einen Kreislauf bei dem Cytratzyklus (Wiederholung des Prozesses) -sowohl bei der Oxidativen Decarboxylierung als auch beim Citratzyklus entsteht Kohlenstoffdioxid -Energie: 2 ATP und 8 NADH+ H+, 2 FADH 2 NADH) + HO- 8-3-5-8 HC (H+) çoo- CH COO NAD+ çoo 0 C CH₂ _ coo (4 C) Malat (4 C) Fumarat FADH₂ NADH 16 FAD H₂O NAD+ (4C) Oxalacetat CO₂ (4 C) Succinat CH₂ CH₂ COO- COA Pyruvat Acetyl-CoA H₂O GTP COA ADP oxidative Decarboxylierung Citratzyklus CoA H₂O ATP -COA Citrat (6 C) GDP+ P C=O CH₂ çoo- CH₂ HOIC-COO- CH₂ COO Succinyl- COA (4 C) Isocitrat (6C) CO₂ CO₂ çoo- CH₂ CH₂ C=O S-COA çoo- HC-COO- HỌ–CH COO™ NAD+ NADH a-ketoglutarat (5 C) COA NAD+ NADH+H* H çoo- CH₂ CH₂ C=O 590- atmungskette und oxidative phosphorylierung In der Atmungskette wird der im Zitronensäure-Zyklus gebildete Wasserstoff unter hohem Energiegewinn oxidiert: Die Atmungskette wird von Enzymen gebildet, die in der inneren Membran der Mitochondrien sitzen. -NADH+H* wird in der Reaktion zu NAD+ umgewandelt. Dabei werden sowohl Protonen (H+) und Elektronen (e-) abgegeben. Protonen werden über Multienzymkomplexe über die innere Membran von der Mitochondrienmatrix in den Intermembranraum transportiert. Über die Redoxreaktion der Multienzymkomplexe wird Energie frei, die dazu verwendet wird, die Protonen über die innere Mitochondrienmembran zu pumpen. -Im Intermembranraum sind im Vergleich zur Mitochondrienmatrix mehr Protonen (H+) enthalten. Es entsteht ein Konzentrations- und Ladungsunterschied, also ein chemischer Protonengradient. Die Protonen haben das Bestreben in die Mitochondrienmatrix zu diffundieren und tun dies über die ATP-Synthase. Dadurch wird ADP und Phosphat in ATP umgewandelt. -Es befinden sich am Ende Protonen in der Mitochondrienmatrix. Die Protonen werden zusammen mit Sauerstoff zu Wasser umgewandelt, dabei werden die über Membranen transportierten Elektronen genutzt. Bilanzgleichung: 10 NADH+H*+ 2 FADH2+ 32 (ADP+P) + 6 O₂> 10 NAD*+ 2 FAD + 12 H₂O + 32 ATP Begriffe: aerob: mit Sauerstoff Oxidativ: Protonen und Sauerstoff werden zu Wasser umgewandelt Phosphorylierung: ADP und Phosphat werden zu ATP umgewandelt Intermembranraum innere Mitochondrien- membran Mitochondrien- matrix H Multienzym- komplex I NADH (bringt Elektronen aus Glykolyse und Citratzyklus) H Atmungskette Ubi- chinon NAD* H+ Multienzym- komplex III H* Ht Cyt c H Cyto- chrom c 2 H+1/20₂ H' H H Multienzym- komplex IV H' (H₂O Weg der Elektronen Die von FADH₂ transportierten Elektronen gelangen über den nicht eingezeichneten Multienzymkomplex II und Ubichinon in die Atmungskette. Weg der Protonen H' DP + ATP- Synthase H* H energiebilont Elemente C Kohlenstoff H - Wasserstoff O Sauerstoff Co2 - Kohlenstoffdioxid H₂O - Wasser NAD - Nicotinamidadenindinukleotid GDP - Guanosindiphosphat GTP - Guanosintriphosphat FADH2 - Flavin-Adenin-Dinukleotid Stoffwechselweg Glykolyse oxidative Decarboxylierung Citratzyklus Atmungskette (es kommt keine neue Energie hinzu!) Energiegewinn Bis Pyruvat werden 2 ATP und 2 NADH+H+ gewonnen Pyruvat wird in der oxidativen Decarboxylierung in das energiereichere Acetyl-CoA umgewandelt. Dabei entstehen nochmals 2 NADH+H+ Im Citratzyklus wird Acetyl-CoA eingespeist und Kohlenstoffdioxid freigesetzt. Dabei laufen 8 Reaktionen ab, wobei 6 NADH+H+, 2 FADH2und 2 GTP entstehen. Alle bisher entstandenen Redoxäquivalente werden in ATP umgewandelt. Es entstehen: -4 ATP (Glykolyse und GTP aus Citratzyklus) -30 ATP (aus allen entstandenen NADH+H+) -4 ATP (aus allen entstandenen FADH) ->Summe: 38 ATP -> 2 ATP + 2 ATP + 34 ATP = 38 ATP pro 1 Molekül Glucose (Glykolyse) (Citratzyklus) (Atmungskette)