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Zellatmung und Gärung
1.4.2021
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Grundlagen: Energiereiche organische Stoffe werden unter Sauerstoffverbrauch in energiearme anorganische Stoffe umgewandelt Drei miteinander gekoppelte Teilprozesse: (1) Glykolyse (2) Citratzyklus (3) Attmungskette (1) Glykolyse: • Ort: Cytoplasma • Reaktionsgleichung: • Ablauf: Glucose Pyruvat ZELLATMUNG CO₂ • Bedeutung: Glykolyse NADH/H NAD Atmungskette- H₂O Citratzyklus CO₂ CO₂ Glucose+2NAD++2P -> Pyrovat+2NADH+2H*+2ATP Acetyl-CoA Erste Zwischenschritt der Zellatmung (Glucose/ Pyrovat abgebaut) Glucose ist reaktionsträge -> Aktivierung, in der 2 Phosphat Gruppen von ATP auf Glucose-Molekül übertragen werden Phosphorylierte Glucose kann nicht mehr aus Zelle transportiert werden-> reichert sich somit im Cytoplasma an -> Energie muss investiert werden C6-Körper wird in 2C3-Körper gespalten (nach Phospholierung) Folgenden Schritte laufen pro Glucose-Molekül doppelt ab Pyrovat (Endprodukt) in Mitochondrien eingeschleust (weitere Schritte der Zellatmung) Zelle durch Stoffwechsel der Glykolyse erhält 4 ATP pro Glucose Gewinn sind 2 ATP pro Glucose-Molekül, da anfangs 2 ATP eingesetzt wurden Unter anaeroben Bedingungen möglich Nierenmark, Spermien, Erythrozyten ziehen Energie aus Glykolyse Pyrovat wird für Fettsäuresynthese verwendet (2) Citratzyklus: Ort: Mitochondrium-Matrix • Ablauf: vorbereitender Schritt: oxidative Decarboxylierung (CO2 wird aus Carboxylgruppe abgespalten) Pyrovat (C3) reagiert unter Co₂ Abspaltung mit dem Coenzym A zu Acetyl-CoA (C₂) → Ausgangspunkt für Citratzyklus Acetyl-CoA wird unter Wasserverbrauch wird auf den Akzeptor-Oxalacetat übertragen → Entstehung der Anion der Citronensre C6 wird über Zwischenverbindung Isocitrat, Alpha-Ketogluteart, Succinyl-CoA, Succinat, Malat und Fumarat unter Abgabe von CO₂ wieder zu Oxalacetat abgebaut - (-> Ziel: Rückgewinnung des Akzeptors) Nebenbei Entstehung von 3NADH+3H+, 1FADH₂ und 1 GTP (Nebenprodukt) pro Acetyl-CoA Reaktionsgleichung: 2 Pyrovat+8NAD++6H₂O+2GDP+2P+2FAD+2H+-> 6CO2+ 2 GTP+ 8NADH+8H*+2FADH2 Kern des Citratzyklus: Pyrovat in CO₂ gespalten und die Energie in...
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Alternativer Bildtext:
Form von H*und e' auf NAD+ bzw. FAD übertragen • jeder einzelne Schritt stellt eine enzymatische Reaktion dar • da Enzyme substrat- u. wirkungsspeziefisch arbeiten, laufen immer nacheinander die einzelnen Schritte ab Citratzyklus als Drehscheibe des Dtoffwechsels: •Aminosäuren eingeschleust hergestellt •Zerlegung von Fettsäuren (auch Herstellung) •Succinyl-CoA ist Ausgangsstoff für Porphyrine (Fotosynthese) auch organischen Basen der DNA leiten sich aus Citratzyklus ab (3) Atmungskette: • Ort: innere Mitochondrienmembran • Ablauf: Am ersten Enzymkomplex werden pro NADH+H* jeweils 2e und 2H+ freigesetzt Die freiwerdenden 2e gelangen über den dritten Enzymkomplex transportkette) Gleichzeitig strömen H* entgegen des Konzentrationsgefalles aus der Mitochondrium-Matrix in den Intermembranraum (Energie aus Elektr.transportkette) Gleichzeitig am 2. Enzymkomplex FADH2 verwertet • Reaktionsgleichung: Am 4. Enzymkomplex reagieren die ankommenden e mit H* und O₂ in einer kontrollierten Knallgasreaktion zu H₂O Mittlerweile liegt die H*- Konzentration ein Intermembranraum hoher als in der Matrix -> Ausgleich angestrebt → H* strömt an der ATP-Synthase in die Matrix -> Bildung von ATP Glucose • Bedeutung: ATP- Gewinnung 11 2 Ethanol (Alkohol) 10NADH+10H*+2FADH₂+60₂+34ADP+34P-> 10NAD*+2FAD+34ATP+12H₂O ➜ Abbauwege, bei denen Glucose unter anaeroben Bedingungen über Pyrovat zu Ethanol (alkoholische Gärung) bzw. Milchsäure (Milchsäuregärung) abgebaut wird alkoholische Gärung ADP-P NAD NAD ADP. P ATP ATP Glycolyse NADH- H NADH- H • vergorene Äpfel • Bier-/ Weinherstellung 2 Pyruvat 2 Acetaldehyd C6H12O6 -> 2CH3CH₂OH+2CO₂ • Bedeutung/ Notwendigkeit: Gärung CO2 CO2 (in Natur) (in Technik) Glucose ● 2 Lactat (Milchsäure) Milchsäuregärung ADP - P NAD NAD ADP - P ATP ATP Glycolyse NADH-H NADH-H 2 Pyruvat C6H12O6 -> 2CH3CHOHCOOH • Muskelzellen bei starker Überanstrengung Herstellung von Käse, Quark, Sauerkraut Glykolyse liefert auch unter anaeroben Bedingungen ATP Allerdings muss NAD* regeneriert werden, sonst kommt auch Glykolyse zum Erliegen (in der Zellatmung geschieht dies in der Atmungskette) NADH+H+ wird in der Gärung regeneriert und die Glykolyse kann weiter ablaufen