Big Bang HTL 4, Schulbuch

54 Biochemie und Biotechnologie (IV. Jahrgang, 7. Semester) Zusammenfassung Glucose wird in der Zellatmung zu CO 2 und H 2 O oxidiert. Dies passiert in vier Teilschritten: 1. der Glycolyse, 2. der Pyruvat-Oxidation, 3. dem Zitronensäurezyklus und 4. der Atmungskette. Dabei wird zu Beginn hauptsächlich NADH gebildet. Die damit transportierten Elektronen und H + -Ionen ermöglichen am Ende die Reduktion des Sauerstoffs zu Wasser. Die freiwerdende Energie wird genutzt um ATP auf- zubauen. Z Bearbeite die Aufgaben In welchem Teilprozess der Zellatmung wird am meisten ATP produziert? a. Glycolyse b. Pyruvatoxidation c. Citratcyklus d. Atmungskette L Beantworte mit Hilfe von Abb. 4.9–4.12 a. Welche Art von Reaktionen werden von Dehydro- genasen katalysiert? b. Beschreibe den Weg der Elektronen in der Atmungs- kette vom NADH zum Sauerstoff! c. In der Glycolyse werden 2ATP gebildet, woher stam- men die Phosphatgruppen dafür? d. Welche Funktionen haben Kinasen? L Das folgende Diagramm zeigt den Unterschied der [H + ] an der inneren Mitochondrienmembran über die Zeit in einer voll funktionsfähigen Zelle. Zum Zeit- punkt t 1 wird ein Zellgift hinzugefügt, das die ATP-Syn- thase blockiert. Setze den Verlauf der Kurve fort! L In den 1930er Jahren wurde eine Verbindung namens Dinitrophenol als Medikament zur Gewichtsreduktion verwendet. Nach dem Tod einiger Patienten wurde es vom Markt genommen. DNP bewirkt, dass die innere Mitochondrienmembran durchlässig für H + -Ionen wird. Erkläre wie DNP zu Gewichtsverlust, aber auch zum Tod führen kann. L CLIL Pick the correct answer to the questions 1. The end product of glycolysis is NADH Acetyl-CoA lactate pyruvate 2. The final output of the Krebs cycle includes all of the following except NADP FADH ATP CO 2 3. What substance is produced by the oxidation of pyruvate and feeds into the citric acid cycle? pyruvate glucose acetyl-CoA O 2 CO 2 L 4 F12 A1 F13 B2 F14 A2 Abb. 4.15 F15 A2 F16 A2 4.3 Da gärt es… Anaerobe Energiegewinnung aus Glucose Der Großteil der ATP-Produktion der Zellatmung passiert in der Atmungskette, die Sauerstoff benötigt. Trotzdem kön- nen viele Zellen auch unter anaeroben Bedingungen ATP herstellen. Wie das funktioniert schauen wir uns jetzt an. Fehlt der Sauerstoff für die Atmungskette, herrschen in den Zellen also anaerobe Bedingungen, können diese trotzdem ATP aufbauen. Wir haben gesehen, dass nur der letzte Schritt der Zellatmung Sauerstoff benötigt, aber auch die zwei davorliegenden Schritte, die Pyruvatoxidation und der Citratzyklus, können unter anaeroben Bedingungen nicht ablaufen. Der Grund liegt in der Bildung von NADH. Dieses kann ohne Sauerstoff nicht sinnvoll weiter verwendet wer- den. Wird zu viel NADH gebildet gibt es kein NAD + mehr um die Elektronen in der Glykolyse aufzunehmen. Dadurch würde dieser Prozess bald zum Erliegen kommen. Ohne Sauerstoff müssen die Zellen also einen Weg finden, die 2 NADH aus der Glykolyse wieder zu regenerieren. Sie nutzen dazu meist das Pyruvat, das in der Lage ist die Elekt- ronen aufzunehmen, es kann also reduziert werden. Wie diese Reduktion erfolgt, haben die Lebewesen auf ganz un- terschiedliche Art und Weise gelöst. Deshalb entstehen auch ganz unterschiedliche Produkte. Milchsäuregärung In menschlichen Muskelzellen wird bei Sauerstoffmangel das Pyruvat mit Hilfe des Enzyms Lactatdehydrogenase (LDH) zu Lactat (Salz der Milchsäure) reduziert: Dabei wird das NADH wieder zu NAD + regeneriert und die Glykolyse kann weiter ablaufen und ATP für die Energiever- sorgung der Zelle gewonnen werden. Die Ausbeute ist im Vergleich zu aeroben Bedingungen (also mit Sauerstoff) natürlich viel geringer. Anaerobe Bedingungen herrschen in menschlichen Muskelzellen vor allem bei großer Anstren- gung. Da ist der Energiebedarf der Muskeln so hoch, dass In vielen Trainingsplänen von Sportlern kommt aerobes und anaerobes Training vor. Was passiert dabei in den Muskelzellen? Unter welchen Bedingungen entsteht aus Glucose Ethanol? Was bedeuten die Begriffe Gärung und Fermentation? F17 F18 F19 Abb. 4.16 Nur zu Prüfzwecken – Eigentum des Verlags öbv