EL-MO II Moleküle, Schulbuch

Fett Kohlen- hydrate Proteine Glycerol + Fettsäuren Glucose Amino- säuren Lipasen Amylasen Proteasen NÄHRSTOFFE Resorption im Darm Acetyl-Coenzym A Acyl-Coenzym A C R CoA S C H 3 C CoA S O O 134 Verdauung • Fettsäureabbau • Glucoseabbau • Gärung • Citratcyclus • Atmungskette 9.1 GRuNDZÜgE DES ENERgIESTOFFWEChSELS Der Abbau der Nährstoffe im Organismus zur Energiegewinnung erfolgt grundsätz - lich in 4 Stufen. 1. Stufe In der 1. Stufe, die man auch Verdauung nennt, werden die Nährstoffe in ihre Mo - lekülbestandteile zerlegt – die Kohlenhydrate in Monosaccharidbausteine, die Ei - weißstoffe in Aminosäuren und die Fette in Glycerol und Fettsäuren (Abb. 134.1). Dieser erste Abbau erfolgt im Verdauungstrakt (Mund–Magen–Darm) mit Hilfe von Enzymen. Über den Darm werden die Abbauprodukte in den Körper aufgenommen und über das Blut und die Lymphflüssigkeit verteilt. Aus den Verdauungsprodukten baut der Organismus entweder körpereigene Substanzen auf oder er verwertet sie zur Energiegewinnung. Im Folgenden soll hauptsächlich dieser Abbau zur Energie - gewinnung behandelt werden. 2. Stufe In der 2. Abbaustufe erfolgt hauptsächlich eine Umwandlung in Essigsäure-Molekü - le. Da Carbonsäuren nicht sehr reaktionsfähig sind, werden sie mit Coenzym A ak - tiviert (ähnlich wie in der organischen Technik aus einer Carbonsäure ein Säurechlo - rid erzeugt wird, wenn die Carbonsäure selbst nicht reaktionsfreudig genug ist). Die biologisch aktivierte Carbonsäure wird Acyl-Coenzym A genannt, die biologisch aktivierte Essigsäure konsequenterweise Acetyl-Coenzym A (Abb. 134.2 und 134.4). Dieses Acetyl-Coenzym A entsteht beim Fettabbau, beim Kohlenhydratabbau und beim Abbau vieler Aminosäuren. Von diesem Punkt weg erfolgt also die Verwertung der verschiedenen Nährstoffe in gleicher Weise. 3. Stufe In der 3. Abbaustufe, dem Citratcyclus , erfolgt die Oxidation des Acetyl-Coenzyms A zu Kohlenstoffdioxid. Dabei wird aber nicht elementarer Sauerstoff verwendet, da die Reaktion zwischen Kohlenstoff und elementarem Sauerstoff sehr hohe Ak - tivierungsenergie und damit hohe Temperaturen benötigen würde. Enzyme für eine solche direkte Reaktion existieren nicht. Statt dessen erfolgt die Reaktion schritt - weise durch Abspaltung von Wasserstoff und Aufnahme von Wasser (Abb. 134.3). Dadurch soll möglichst viel biologisch aktivierter Wasserstoff gewonnen werden, der dann als Ausgangsstoff für den letzten Abbauschritt dient. Der Wasserstoff wird dabei an eine Verbindung gebunden, die Nicotinamid-adenin- dinucleotid genannt wird, kurz NAD + . 1 Molekül dieser Substanz transportiert 2 Wasserstoff-Atome, wobei eines zum Proton oxidiert wird und das andere als gutes Reduktionsmittel zur Verfügung steht (Abb. 135.1). Neben diesem NAD + /NADH -Sys - tem gibt es noch weitere wasserstoffübertragende Coenzyme, wie zB das System FAD/FADH 2 (Flavin-adenin-dinucleotid), mit prinzipiell derselben Aufgabe. Der Un - terschied liegt in der Stärke der Redox-Paare. H 2 O C 6 C 5 C 4 C 2 CO 2 2 [H] C 4 CO 2 2 [H] H 2 O H 2 O 2 [H] 2 [H] Acetyl-CoA NH 2 C P O O O O P O O H C C C O C O OH H H H N C C N HC N CH N CH 2 O P O O O N H HN H 3 C CH 3 OH O O S H Reagierende Stelle Abb. 134.1: Die Verdauung der Nährstoffe Abb. 134.2: Strukturformeln von Acyl- (allgemein) und Acetyl-Coenzym A Abb. 134.3: Der Citrat-Cyclus schematisch Abb. 134.4: Molekülaufbau (Strukturformel) des Coenzyms A 9 Der Stoffwechsel j8cm2d Nur zu Prüfzwecken – Eigentum des Verl gs öbv