am Puls Biologie 5, Schulbuch

57 Zellstoffwechsel In der Glykolyse wird Glukose aufgespalten Verfolgen wir nun den Weg der Abbauprozesse in der Zellatmung Schritt für Schritt. Glukose muss zunächst in die Zelle geschleust werden, bevor sie im Zytoplasma abgebaut werden kann. In der Glykolyse wird die Glucose, ein Molekül aus 6 C-Atomen, dann in zwei energieärmere C3- Moleküle umgewandelt. Es entsteht in mehreren Schritten Pyruvat . Zuerst muss bei der Glykolyse Energie in Form von ATP investiert werden, um das Glukosemole- kül zu aktivieren. In den nächsten Schritten der Glykolyse werden aber Energie und Elektronen frei, die in Form von ATP und NADH gespeichert werden. Die Glykolyse gliedert sich also in eine Energie­ investitionsphase und eine Energiegewinnungs- phase. Pro Glukosemolekül werden in der Gly- kolyse zwei ATP und zwei Moleküle NADH gewonnen. Glukose wird im Zytoplasma in der Glykolyse zu 2 Mole- külen Pyruvat ab- gebaut Im Citratzyklus wird Pyruvat abgebaut Der nächste Schritt der Zellatmung passiert in den Kraftwerken der Zelle, den Mitochondrien ( k Abb. 19). Du weißt bereits, dass Mitochondrien längliche Zellorganellen sind, die von einer dop- pelten Membran umschlossen werden. Das in der Glykolyse gebildete Pyruvat wird vom Zyto- plasma zum weiteren Abbau in die Mitochon­ drien transportiert. Zunächst entsteht aus Pyruvat aktivierte Essig­ säure ( Acetyl-CoA , ein Molekül mit zwei C-Ato- men). Das dritte C-Atom des Pyruvat wird in die- ser Reaktion bereits als CO 2 abgetrennt. Außerdem wird durch Übertragung von Elektro- nen NADH + H + gebildet. Die aktivierte Essigsäure bindet an Oxalacetat, ein Molekül mit vier C-Atomen, und bildet so ein C6-Molekül, das Citrat (Zitronensäure) heißt. Nach diesem Molekül ist auch der gesamte Reak- tionszyklus benannt: der Citratzyklus . Durch eine zyklische Abfolge von Reaktionen wird Citrat nun zu CO 2 und Oxalacetat abgebaut, das wiederum im ersten Schritt des Citratzyklus benötigt wird. Die Ausbeute des Citratzyklus in einem Umlauf ist ein ATP, drei NADH und ein FADH 2 . Pro Glukose-Molekül wurden zwei Py- ruvat-Moleküle (C3) gebildet, daher muss der Citratzyklus zum Abbau eines Glukose-Moleküls zweimal durchlaufen werden. Die Gesamtaus- beute liegt für ein Molekül Glukose bei zwei ATP. Das ist immer noch recht wenig, da Glukose ein sehr energiereiches Molekül ist. Die Energiefreisetzung ist damit allerdings bei weitem nicht abgeschlossen. Die freigewordenen Elektronen wurden vorerst nur im NADH und FADH 2 zwischengespeichert. Der endgültige Elek- tronenakzeptor, der Sauerstoff, wartet erst am Ende der Atmungskette. Dort passiert der Groß- teil der Energiefreisetzung in der Zellatmung. In den Mitochon­ drien wird Pyruvat im Citratzyklus zu CO 2 abgebaut Aufgaben S 1 Glykolyse und Citratzyklus laufen in unterschiedlichen Teilen der Zelle ab. Er- läutere mögliche Vor- und Nachteile einer solchen Trennung. S 2 Bei der Zellatmung deiner Körper- zellen entstehen CO 2 und H 2 O als Endproduk- te. Überlege, welche der beiden Verbindun- gen den eingeatmeten Sauerstoff enthält und begründe deine Schlussfolgerung. Basiskonzept Struktur und Funktion: Die doppelte Membran, von der die Mitochondrien umschlossen sind, ist essenziell dafür, dass ein Protonengradient aufgebaut werden kann. Die Atmungskette läuft in den Mitochondrien ab Die Energiefreisetzung in der Atmungskette pas- siert an der inneren Mitochondrienmembran sowie im Intermembranraum ( k Abb. 19). Die in- nere Mitochondrienmembran enthält vier große Proteinkomplexe (I–IV), die gemeinsam als Atmungskette bezeichnet werden ( k Abb. 20). Diese vier Komplexe können sich entlang einer Elektronentransportkette Elektronen übergeben, da sie unterschiedliche Redoxpotenziale (siehe S. 51) besitzen. Der Elektronenfluss geschieht vom Intermembranraum durch die innere Mitochondrienmembran hindurch in die Mitochondrienmatrix, die Elektronen werden al- so energetisch „bergab“ weitergereicht. Einen ähnlichen Elektronentransport hast du bereits bei der Fotosynthese kennengelernt. In der Atmungskette werden die gewon- nenen Elektronen auf den Sauerstoff übertragen Abb.19: Mitochondrium. Mitochondrien sind die Kraftwerke der Zelle. Die Atmungskette läuft an der inneren Mitochondrienmembran und im Raum zwischen den beiden Membranen ab. innere Mitochondrien- membran Intermembranraum Nur zu Prüfzwecken – Eigentum des Verlags öbv