Zellatmung

Alternativer Bildtext:

+ 2H+2e -NADH+H 2 NAD/NADH+H als Energie- und Wasserstoffüberträger NAD NADH CONH, -CONH, axidierte Form BH, reduzierte Form Der Stoff B wird durch NADH+H zu BH, reduziert. NADH+H wird dabei wieder zu NAD+ oxidiert. NADH+H -NAD +2e + 2H NAD+/ NADH+H+: ● an zahlreichen Redoxreaktionen beteiligt NAD+ kann durch Aufnahme von zwei Elektronen (e-) und einem Proton (H+) zu NADH reduziert werden NADH+H+ kann durch Abgabe von zwei Elektronen (e-) und einem Proton (H+) zu NAD+ oxidiert werden O NAD+ = oxidierte Form O NADH+H+ = reduzierte Form Die Zellatmung - Allgemeines ● Findet in den Mitochondrien statt Man benötigt Glucose und Sauerstoff → daraus entstehen dann in der Zellatmung Kohlenstoff und Wasser Aus Lungen wird Sauerstoff in das Blut aufgenommen Glucose und Sauerstoff gelangt durch den Blutkreislauf zu den einzelnen Zellen ● Glucose: Wichtigster Betriebsstoff der Lebewesen (durch Aufnahme von Nahrung) Lernzettel Biologie - Die Zellatmung Grundumsatz: Energiebedarf eines ruhenden Organismus zur Aufrechthaltung der Lebensvorgänge Arbeitsumsatz: Energiebedarf wird erhöht durch bspw. Bewegung Man unterscheidet unter zwei Katabole Stoffwechselwegen: Zellatmung (aerob: mit Sauerstoff) Gärung (anaerob: Sauerstofffrei) ● Dissimilation: Form des abbauenden Stoffwechsels unter Energiegewinnung Kompartimentierung: Kompartimentierung erlaubt es, dass in derselben Zelle zur gleichen Zeit verschiedene Stoffwechselwege ablaufen können. weitere Tracermethode: Was man versteht unter einen Tracer und ihre Eigenschaften: Radioaktiv markierte Substanz nehmen am Stoffwechsel Teil → können diese lokalisieren → Stoffwechselwege/Teilschritte können sichtbar gemacht werden O z.B. Reaktion von Medikamenten; Krebsbehandlung; MRT Darf Stoffwechsel nicht beeinflussen; nur Teilnehmen! → wird mit eigentlichem Stoff abgebaut (bspw. Zellatmung: Glucose) Autoradiodiagram: Zwischenprodukte Inkubationszeit 10 min -Pyruvat 6-10~ PEP -G3P 4min Katabole Stoffwechselwege: Stoffwechselwege, die energiereiche Moleküle (z. B. Kohlenhydrate, Fette, Eiweiße) zu Stoffen mit geringem Energiegehalt umwandeln -Fructose-1,6-bisphosphat) Fructose-6-phosphat Glucose-6-phosphatn Glucose in Verlängerung der Inkubationszeit Die Zellatmung - Die 4 Teilschritte 1. Glykolyse ● Findet im Cytoplasma statt Pyruvat ist das Endprodukt der Glykolyse M3 Reaktionen der Glykolyse A Energieaufwendungsphase B Energiefreisetzungsphase Ce 5 2xC 2xC3 2xC 2xC₂ 2xC₂ 1 Glucose 2 H₂O NAD+ NADH+ H+ Lernzettel Biologie - Die Zellatmung ADP ATP ATP ADP ooooooⓇ Glucose-6-phosphat ATP ADP ℗OOOOOOⓇ Fructose-6-bisphosphat ADP ATP Fructose-6-phosphat G3P ℗OOOⓇ 1,3-Bisphosphoglycerat P₁ H₂O OOOⓇ 3-Phosphoglycerat ATP wird gespalten Phosphatgruppe wird auf Glucose übertragen 2-Phosphoglycerat Ooo P PEP NAD+ NADH + H+ ADP ATP ooo Pyruvat Umwandlung Glucose -es entsteht Fructose H₂O H₂O nach Wasserabspaltung G3P ADP Bildung von ATP ATP -exergonsiche Reaktion Welche Produkte entstehen? Glykolyse: Pyruvat, 2C3, 2 (NADH+H+), 2 ATP Energieaufwendungsphase: 1. Glucose wird unter ATP verbrauch zu Glucose-6-phosphat 2. Dieses wird zu Fructose-6-phosphat Dabei steigt der Energiegehalt → durch Phosphorylierung 3. Fructose-1,6-bisphosphat wird in G3P gespalten Energiefreisetzungsphase 1. Freie Energie sinkt; Phosphatgruppe wird auf ADP übertragen: Entstehung ATP → dabei wird Energie frei 2. Phosphat wird auf ADP übertragen → ATP entsteht ● ● freie Energie im Endprodukt Pyruvat ist energiearm → exergonische Reaktion Lernzettel Biologie - Die Zellatmung 2. Oxidative Decarboxilierung • Findet in der Mitochondrien-Matrix statt reduktion. Hell NAD NADH H Pyruvat ∞00 (C3) CO₂ + CoA (Coenzym A) Acetyl-CoA 0o (C₂) Welche Produkte entstehen? Acetyl-CoA: 2C₂, 2CO₂, 2 (NADH+ H+) 3. Citratzyklus ● Findet in Mitochondrienmatrix statt Unterteilt in 8. Teilschritte • Stoffwechseldrehschreibe C-Atome des Glucose-Moleküls werden zu Kohlenstoffdioxid umgewandelt ● H₂O NADH-H NAD FADH₂ Malat (C4) oooo Fumaral (C4) oooo FAD Oxalacetrat (Cu)- ∞∞∞ Durch Abspallung von CoA enbichi Succinat. Dabei Acetyl-CoA 0o (C₂) wird GTP gebidet das in ATP ungwanda wid H₂0 Succinat (,) 0000 - Citratzyklus AR GRA Alt Welche Produkte entstehen? 4 CO₂, 6 (NADH + H+), 2 (FADH), 2 ATP Co-si COA-SH-H* Citrat (C₂) xxxxxx Acetyl-CoA (C₂) und Oxalacetat (C4) werden zu Citrat (C₁) Succinyl-CoA (C4) 0000 zerfällt Isocitrat (C6) xxxxxo 以一 ·Ketoglutarat (C5) Vorherige Bindung war energiereich. Bei der Abspaltung wird die Energie genutzt, um GTP zu bilden. Dieses Phosphat kann auf ADP übertragen werden CO₂ NAD* NAD NADH+H* → CO₂ NADH+H* Bildung der Reductions- aquivalente NADH + H₂ Oxidation einer OH-Gruppe. NAD+ wird reduziert zu NADH+H+ 4. Atmungskette Protonentransport Elektronentransport Komplex I innere Mitochondrien- membran Elektronentransport Mitochondrienmatrix NADH Atmungskette Lernzettel Biologie - Die Zellatmung H+ H+ FADH₂ H* Atmungskette-Teil I. Ubichinon Komplex III H* NAD Komplex II FAD H* H+ H+ Intermembranraum H* H* Matrix Komplex IV Cytochrom c H* H* H* 2H+ + ½/20₂ 2 e NADH bindet am Enzykomplex !. H* Synthese von ATP ATP-Synthase H* ADP + P H₂O NADH werden 2 Elektronen entzogen und oxidiert zu NAD+ H* H* Energie wird dabei freigesetzt (genutzt, um Protonen aus der Matrix in den Intermembranraum zu pumpen Elektronen des Cytochroms C zum Multikomplex ATP H* H* H* 2 entzogene Elektronen gelangen über das Coenzym (Ubichinon) zum Enzymkomplex II. Redoxreaktion; Whd. (Energie genutzt zur Protonenpumpe in den Intermembranraum entgegen das Konzentrationsgefälle) IV: Sauerstoffatom + zwei Elektronen + zwei Protonen → 1 Molekül Wasser (Reduktion von Sauerstoff zu Wasser) → (=kontrollierte Knallgasreaktion) Elektronen transportkette bewirkt das Wasser entstehen kann und Protonen nach oben gelangen können Lernzettel Biologie - Die Zellatmung Atmungskette-Teil II. Im Intermembranraum hohe Konzetration von Protonen (dank Protonenpumpe) - in der Matrix niedrige Konzetration →Protonengradient → Druck! (muss ausgeglichen werden) Protonen werden durch die ATP-Synthase gepumpt → dabei wird Energie frei Enzym: ATP-Synthase (=kleine Turbine) Aus ADP + P wird ATP hergestellt (=oxidative Phophorylierung) Energie wird genutzt und auf Sauerstoff übertragen FADH ähnlich, beginnt aber beim Enzymkomplex II. (+ 2 e- von FADH → 2 Moleküle H2O) Aufgaben ATP- Synthase Rückdiffusion der Protonen in die Mitochondrien Matrix Nutzung der Energie des Konzentrationsgradienten zur Synthese von ATP aus ADP+P Osmose: Welche Produkte entstehen? 12 H₂O, 34 ATP: Wasser brauchen wir für weitere Reaktionen Gesamtbilanz 6CO₂ und 12 H₂O, 38 ATP → pro Molekül Glucose Chemieosmotisches Modell ATP-Bildung: Einseitige Diffusion semipermeable (halbdurchlässig) Membran, ist nur für bestimmte Stoffe durchlässig. Ziel: Konzentrationsausgleich zwischen Innen- und Außenraum der Membran zu schaffen. Redoxreaktionen: Gleichzeitige Aufnahme bzw. Abgabe von Elektronen Beide Vorgänge finden parallel statt, die Verbindung aus den vier Komplexen nennt man somit: Chemieosmotisches Modell chemi (für Redoxchemie) osmotisch (für Konzentrationsgradient) Calucose wird während der ... aufgespalten ↓ Glykolyse Z.B. ZELLATMUNG Garung beginnt mit ↓ anaerober Stoffwechsel 34 ATP kann genutzt werden für produziert Mitochondrien Matrix iwaeren Mitochondrien- membran erzeugt einen Energiegewinn von ... Pyruvat findet statt in der findet statt im ... findet statt in der CO₂ Form des abbauenden Stoffwechsels unter Energiegewinnung findet statt in der um ... herzustellen. QATP wird genutzt für Citoplasma aerober Stoffwechsel beginnt mit erzeugt Oxidative Decarboxilierung Acetyl-CoA wird genutzt für Extratzyklus produziert Dessimilation ATP (Atmungskette) FADH NADH+H werden genutzt in der