Zellatmung

Stoffwechsel

Das Kapitel Zellatmung in unserem Online-Kurs Stoffwechsel besteht aus folgenden Inhalten:

1. Zellatmung

   Zellatmung

   

   ... abbauender Stoffwechsel -> Beispiel Zellatmung Anabolismus: aufbauender Stoffwechsel -> Beispiel FotosyntheseAutotrophe Organismen (z.B. Bakterien, Pflanzen) können alle Bestandteile ihres Organismus aus anorganischem Material (z.B. in der Fotosynthese aus Kohlenstoffdioxid und Wasser) aufbauen. => Heterotrophe Organismen wie z.B. der Mensch benötigen bereits organische Komponenten wie Glukose, um daraus Energie zu gewinnen oder Biomasse aufzubauen.Im folgenden Kapitel ...

2. Glykolyse

   Zellatmung > Glykolyse

   

   Glykolyse = der Abbauweg von Glukose zu Pyruvat => findet im Zytosol statt.Glykolyse bedeutet „Spaltung des Zuckers“ (abgeleitet aus dem Griechischen).Der C6-Körper Glukose wird dabei über 10 enzymatisch katalysierte Schritte in den C3-Körper Pyruvat umgewandelt.Pyruvat (manchmal auch noch als Brenztraubensäure bezeichnet) ist ein wichtiger Knotenpunkt im Stoffwechsel. Von Pyruvat aus kann ohne Sauerstoffzufuhr die Milchsäure- oder alkoholische Gärung ...

3. Oxidative Decarboxylierung

   Zellatmung > Oxidative Decarboxylierung

   

   ... permeabel für Protonen.In der für die Zellatmung essentiellen innere Mitochondrienmembran finden sich vier Komplexe. Dabei kommt es in den Komplexen I, III und IV zum Protonentransport durch die Membran. Die Elektronenakzeptoren bzw. -donatoren innerhalb der inneren Mitochondrienmembran sind meist Eisen-Schwefel-Proteine.Die oxidative Decarboxylierung (Enzym = Pyruvat-Decarboxylase) verbindet die Glykolyse mit der Atmungskette. Unter Abspaltung von CO2 wird Pyruvat in Anwesenheit des ...

4. Der Citratzyklus

   Zellatmung > Der Citratzyklus

   

   Neben den katabolen Reaktionen zur Energiegewinnung sind die Substrate des Citratzyklus sehr wichtig für Aufbaureaktionen. So wird Succinyl-CoA z.B. für den Aufbau des Blutfarbstoffs Hämoglobin benötigt, Oxalacetat ist ein Baustein für Aminosäuren oder der Pyrimidinbasen der DNA.Pyruvat bzw. Acetyl-CoA-Moleküle können nicht nur aus Kohlenhydraten (Glukose), sondern auch aus dem Abbau von Aminosäuren (Proteine) oder Fettsäuren (Fettsäureoxidation) ...

5. Endoxidation - Atmungskette

   Zellatmung > Endoxidation - Atmungskette

   

   Die Atmungskette regeneriert alle Redoxäquivalente, indem die Komplexe der Atmungskette die Elektronen von NADH+H+ und FADH2 übernehmen. NAD+ und FAD werden freigesetzt und stehen damit wieder für alle Oxidationsreaktionen des katabolen Stoffwechsels zur Verfügung.Die Energie der von NADH+H+ und FADH2 übertragenen Elektronen wird dazu genutzt, Protonen vom Matrixraum in den Intermembranraum des Mitochondriums zu pumpen. Dabei wird die Konzentration der Protonen im Intermembranraum ...

6. Zellatmung in Gefahr

   Zellatmung > Zellatmung in Gefahr

   

   Die Zellatmung ist ein empfindliches System und kann durch verschiedene Stoffe gestört werden.EntkopplerEntkoppler werden auch Protonophore genannt.Entkoppler bauen den Protonengradienten an der inneren Mitochondrienmembran ab und unterbrechen damit die Verknüpfung (= Kopplung) des Protonentransfers und der Phosphorylierung.Der Elektronentransport und damit alle Vorgänge der Komplexe I bis IV laufen vollständig ab; der bei diesem Prozess aufgebaute Protonengradient wird aber durch ...

7. Gesamtsumme des Glukoseabbaus über die Vorgänge der Zellatmung

   Zellatmung > Gesamtsumme des Glukoseabbaus über die Vorgänge der Zellatmung

   

   ... ATP).Vorgänge der Zellatmung. Die Glykolyse ist im Zytoplasma lokalisiert, alle der oxidativen Decarboxylierung nachfolgenden Schritte erfolgen in den Mitochondrien.

8. Zellatmung: Abhängigkeit von inneren und äußeren Faktoren

   Zellatmung > Zellatmung: Abhängigkeit von inneren und äußeren Faktoren

   

   Die Zellatmung unterliegt wie alle anderen Stoffwechselprozesse einer Regulation. So kann die Effizienz der Zellatmung von inneren und äußeren Faktoren abhängen. Der Prozess der Zellatmung kann nicht vom Prozess der äußeren Atmung getrennt werden. Auch die äußere Atmung ist bereits ein regulierter Prozess.Mögliche Faktoren, die die Zellatmung beeinflussen:Innere FaktorenEnergiegehaltTemperatur Äußere FaktorenTemperaturCO2-GehaltSauerstoff...

9. Energiebilanz und Regulation der Atmung

   Zellatmung > Zellatmung: Abhängigkeit von inneren und äußeren Faktoren > Energiebilanz und Regulation der Atmung

   

   Ziel der Zellatmung ist es, aus der Glukose Energie in Form von ATP zu erzeugen. Der Abbau von einem Mol Glukose erbringt 35–38 Mol ATP. Pro ATP können 30 kJ Energie gerechnet werden: 38 * 30 kJ = 1140 kJ pro Mol Glukose.Wenn Sie sich an die Grundgleichung der Zellatmung erinnern, so finden Sie dort einen Wert von ∆G = –2872 kJ. Das ist deutlich mehr! Die direkte physikalische Verbrennung der Glukose liefert diesen höheren Energiewert, aber keine ...

10. Regulation des Stoffwechsels

    Zellatmung > Zellatmung: Abhängigkeit von inneren und äußeren Faktoren > Regulation des Stoffwechsels

    

    Diese Stoffwechselregulation ist gleichzeitig ein Ausflug in die Genetik.Nur Erbmaterial, das abgeschrieben wird und in Form von Messenger-RNA (mRNA) in der Zelle vorliegt, dient als Vorlage für die Proteinbiosynthese. Das heißt, wird bereits die Transkription des Gens für ein bestimmtes Enzym (oder die Gene für eine Gruppe bestimmter Enzyme) verhindert, kann das Produkt eines Stoffwechselwegs nicht erzeugt werden. Kein Gen -> kein Enzym!Beispiele für diese Art der molekularen ...

11. Regulation der Phosphofruktokinase (PFK)

    Zellatmung > Zellatmung: Abhängigkeit von inneren und äußeren Faktoren > Regulation der Phosphofruktokinase (PFK)

    

    Am Beispiel der Phosphofruktokinase (PFK) kann diese Regulation des Glukosespiegels sehr gut beobachtet werden. So wird die PFK der Leber durch eine hohe Konzentration von ATP gehemmt. ATP lagert sich wie ein nichtkompetitiver Inhibitor an das Enzym. Das aktive Zentrum der PFK verändert sich dabei derart, dass die Aktivität des Schlüsselenzyms gegen Null geht. Insgesamt kommt durch die allosterische Regulation der PFK der gesamte Glukoseabbau zum Erliegen. Die PFK unterliegt einer ...

12. Pyruvat als Scheitelpunkt: mit oder ohne Sauerstoff?

    Zellatmung > Pyruvat als Scheitelpunkt: mit oder ohne Sauerstoff?

    

    Das Endprodukt der Glykolyse, das immer noch sehr energiereiche Pyruvat, kann mit oder ohne Zutun von Sauerstoff umgesetzt werden.Pyruvat (oder Brenztraubensäure) ist ein wichtiger Verzweigungspunkt im Stoffwechsel. Von hier aus wird entschieden, auf welchem Weg Energie aus der Glukose gewonnen werden soll:anaerob über Gärung zum Laktataerob über Citratzyklus und AtmungsketteOhne Sauerstoff können unsere Zellen nur kurzzeitig weiterfunktionieren. Andere Organismen wie Hefezellen ...

13. Milchsäuregärung

    Zellatmung > Pyruvat als Scheitelpunkt: mit oder ohne Sauerstoff? > Milchsäuregärung

    

    Ähnliche Vorgänge kann man auch bei der Milchsäuregärung beobachten. Aus Pyruvat wird Laktat, die Milchsäure. Auch hier wird das Redoxäquivalent NADH+H+ zur Reduktion des Pyruvats eingesetzt.Milchsäure oder Laktat entsteht durch die Reduktion von Pyruvat.Laktat entsteht durch Reduktion des Pyruvats. Unter Abgabe von Elektronen wird NADH+H+ zu NAD+ oxidiert. Die Milchsäure (Laktat) hält viele Lebensmittel dauerhaft frisch (-> Joghurt, ...

14. alkoholische Gärung

    Zellatmung > Pyruvat als Scheitelpunkt: mit oder ohne Sauerstoff? > alkoholische Gärung

    

    Die Bäcker- oder Bierhefe (Saccharomyces cerevisiae) ist ein Sprosspilz, der seit ewigen Zeiten zur Herstellung von Brot und Wein eingesetzt wird. Dies funktioniert, da die Hefe ohne Sauerstoff Glukose abbauen kann. Den Prozess der alkoholischen Gärung, bei dem Zucker (Glukose) zu Alkohol umgesetzt wird, nun im Detail:C6H12O6 ---> 2 3HC-CH2-OH + 2 CO2  ∆G = –234 kJ/molHefezellen können einen Alkoholgehalt von 12–15 % erzeugen; dann sterben sie an ...

15. Experimente zur alkoholischen Gärung

    Zellatmung > Pyruvat als Scheitelpunkt: mit oder ohne Sauerstoff? > alkoholische Gärung > Experimente zur alkoholischen Gärung

    

    Pasteur-Effekt … ein schönes Experiment zur Gärung, Atmung und zum Bierbrauen :-)Der Pasteur-Effekt stellt eine spannende experimentelle Anwendung Ihres Wissens aus Atmung und Gärung dar!Anbei eine Abbildung zu einem Experiment mit Hefezellen. Die Werte der Tabelle wurden aus Schlegel -> Lehrbuch für Mikrobiologie aus dem Thieme-Verlag in veränderter Form übernommen (siehe Literatur; Ausgabe von 1992).Energiegewinnung: Viele Wege führen zum ATPEnergie ...

16. heterotrophe Assimilation

    Zellatmung > Pyruvat als Scheitelpunkt: mit oder ohne Sauerstoff? > heterotrophe Assimilation

    

    = Aufbau aus organischen Stoffen aus körperfremden organischen BausteinenAls heterotrophe Assimilation wird der Aufbau von Biomasse, also organischen Stoffen, unter Verwendung von körperfremden organischen Stoffen verstanden.Die heterotrophe Assimilation findet man bei Menschen und Tieren ebenso wie bei Bakterien oder Pilzen.Im menschlichen und tierischen Körper wird zur Durchführung der heterotrophen Assimilation der Verdauungsprozess benötigt. Die aufgenommenen Energiespender ...

17. Zusammenfassung: Zellatmung

    Zellatmung > Zusammenfassung: Zellatmung

    

    ... organischem Materialien. Pflanzen nutzen die Zellatmung ebenfalls, indem sie während der lichtfreien Nachtstunden die eingelagerte, selbst durch Fotosynthese produzierte Stärke wieder zu ATP abbauen.Der Abbau der organischen Materialien (im Idealfall Glukose) beginnt mit der Glykolyse. Deren energiereiches Endprodukt Pyruvat wird in Form von Acetyl-CoA in den Citratzyklus eingeschleust und zu CO2 oxidiert. Die Redoxäquivalente NAD+ und FAD werden dabei reduziert. Die reduzierten ...

18. Gemeinsamkeiten und Unterschiede bei diesen ATP-produzuierenden Prozessen

    Zellatmung > Zusammenfassung: Zellatmung > Gemeinsamkeiten und Unterschiede bei diesen ATP-produzuierenden Prozessen

    

    Fotosynthese und Zellatmung weisen einige Gemeinsamkeiten auf. So taucht in beiden Stoffwechselprozessen Glukose auf, Redoxäquivalente sind überall im Einsatz und es werden bestimmte Kompartimente benötigt, um Fotosynthese oder Zellatmung durchführen zu können.Fotosynthese und Zellatmung sind energetisch gesehen zwei gegenläufige Prozesse. Während der anabole Stoffwechsel (Fotosynthese) Biomoleküle ...