Begegnungen mit der Natur 5, Schulbuch

46 Stoffwechselphysiologie M Arbeitsheft Seite 14, 15 Abbauender Stoffwechsel Lebewesen brauchen ständig Energie, die fortwährend durch den Abbau von ATP zu ADP + P ( S. 38) bereitgestellt wird. Die „Energiegeldbörse“ muss des­ halb laufend aufgefüllt werden. Dies geschieht durch den Abbau energierei­ cher Verbindungen (Dissimilation). Bei der Zellatmung wird Glucose vollständig abgebaut Die Zellatmung umfasst eine Kette komplexer chemischer Reaktionen, in deren Verlauf Glucose zu Kohlenstoffdioxid und Wasser abgebaut und Energie freigesetzt wird. Im Wesentlichen kann man vier Reaktionsfolgen unterschei­ den ( Abb. 25). Bei der Glykolyse entsteht aus Glucose Brenztraubensäure Im Verlauf der Glykolyse wird Glucose unter Abspaltung von Wasser zu der etwas weniger energiereichen Brenztraubensäure abgebaut. Dabei wird Ener­ gie frei, die dem Aufbau von ATP dient ( Abb. 26). Durch Oxidative Decarboxylierung entsteht ein Acetylrest Unter Freisetzung von Kohlenstoffdioxid und Wasserstoff − der Wasserstoff wird an das Enzym NAD + gebunden − wird Brenztraubensäure zu einem Essigsäurerest (Acetylrest) abgebaut. Ein Enzym (Coenzym A) nimmt ihn auf ( Abb. 27). Beim Zitronensäurezyklus entsteht auch Zitronensäure Das Coenzym A überträgt den Essigsäurerest auf die in den Mitochondrien vorhandene Oxalessigsäure, wodurch Zitronensäure entsteht. Aus dieser wird über Zwischenstufen (diverse andere Säuren) unter Aufnahme von Wasser sowie Abspaltung von Wasserstoff (wird an die Enzyme NAD + und FAD gebun­ den) und CO 2 wieder Oxalessigsäure gebildet. Sie steht zur weiteren Aufnah­ me eines Acetyls zur Verfügung ( Abb. 29). Die Atmungskette liefert Energie zum Aufbau von ATP Im letzten Abschnitt der Zellatmung übertragen die wasserstoffbindenden Enzyme aus der oxidativen Decarboxylierung und dem Zitronensäurezyklus die Elektronen des Wasserstoffes (Wasserstoffionen werden freigesetzt), über eine Kette weiterer Enzyme, schrittweise auf Sauerstoff. Die dabei gebildeten Sauerstoffanionen verbinden sich mit den Wasserstoffionen zu Wasser. Die bei jeder Elektronenübertragung freiwerdende Energie dient zum Aufbau von ATP aus ADP + P ( Abb. 30). Fasst man alle Teilreaktionen der Zellatmung zusammen, ergibt sich daraus folgende Gesamtgleichung:  Zellatmung findet größtenteils in den Mitochondrien ( S. 21) statt  Glucose Traubenzucker  Glykolyse glykis (griech.) = süß, lysis (griech.) = Auflösung  NAD + N icotinsäureamid- A denin- D inukleotid  Zitronensäure ist namensgebend für den Zitronen­ säurezyklus, der auch nach seinem Ent- decker, dem deutschen Biochemiker und Mediziner Hans Adolf Krebs (1900–1981), als Krebs-Zyklus bezeichnet wird.  FAD F lavin- A denin- D inukleotid Reaktionsfolge Ort der Reaktion Glykolyse Zellplasma Oxidative Decar­ boxylierung Mitochondrien Zitronensäurezyklus Mitochondrien Atmungskette Mitochondrien 25  Reaktionsfolgen der Zellatmung C 6 H 12 O 6 Brenztrauben- säure – H 2 O ADP + P ATP Brenztrauben- säure Acetylrest Acetyl-CoA CoA – 2 CO 2 NAD + + H 2 NADH + H + + 2 H 2 O + 2 H 2 O + 2 H 2 O Acetyl-CoA Oxalessigsäure Bernsteinsäure Äpfelsäure Oxalbern- steinsäure α-Keto- glutarsäure Fumarsäure Zitronensäure CoA NAD + + H 2 NAD + + H 2 NADH + H + NADH + H + NAD + + H 2 NADH + H + FAD + H 2 FADH 2 - 2 CO 2 - 2 CO 2 H 2 O Flavoprotein Chinon Cytochrom Cytochrom a 2 H + O 2- 2 H NADH + H + bzw. FADH 2 ADP + P ADP + P ADP + P ADP + P ATP ATP ATP ATP O 2 2 e – 2 e – 2 e – 2 e – 26  Glykolyse 27  Oxidative Decarboxylierung 28  Hans Adolf Krebs in seinem Labor 38 Moleküle ATP C 6 H 12 O 6 + 6 H 2 O + 6 O 2 12 H 2 O + 6 CO 2 Nur zu Prüfzwecken – Eigentum des Verlags öbv