EL-MO Elemente und Moleküle, Schulbuch

Verdauung – Acetyl-CoA – Citratcyclus – Atmungskette 282 282 10.1 Grundzüge des Stoffwechsels Abb. 282–1: Verdauung der Nährstoffe Nahrung Nährstoffe Kohlenhydrate Eiweiß Fette Fettsäuren Glycerol Amino- säuren Glucose Acetyl-Coenzym A 1. Stufe Verdauung durch Enzyme 2. Stufe β -Oxidation Glycolyse 3. Stufe Citratcyclus 4. Stufe Atmungskette NADH.H + FADH 2 O 2 ATP H 2 O CO 2 Der Abbau der Nährstoffe im Organismus zur Energiegewinnung erfolgt grundsätzlich in 4 Stufen. Stufe 1 - Die Verdauung In der 1. Stufe, die man auch Verdauung nennt, werden die Nährstoffe in ihre Molekülbestandteile zerlegt – die Kohlenhydrate in Monosaccharidbausteine , die Eiweißstoffe in Aminosäuren und die Fette in Glycerol und Fettsäuren . Die- ser erste Abbau erfolgt im Verdauungstrakt ( Mund–Magen–Darm ) mit Hilfe von Enzymen. Über den Darm werden die Abbauprodukte in den Körper aufgenom- men und über das Blut und die Lymphflüssigkeit verteilt. Aus den Verdauungs- produkten baut der Organismus entweder körpereigene Substanzen auf oder er verwertet sie zur Energiegewinnung. Im Folgenden soll hauptsächlich dieser Abbau zur Energiegewinnung behandelt werden. Stufe 2 - Bildung von aktivierter Essigsäure In der 2. Stufe erfolgt eine Umwandlung der primären Abbauprodukte in Es- sigsäuremoleküle . Allerdings sind Carbonsäuren und daher auch Essigsäure ziemlich reaktionsträge Moleküle. Sie werden daher mit Coenzym A aktiviert – aktivierte Essigsäure oder Acetyl-Coenzym A (kurz AcCoA ) (Abb. 284–1). Von den langkettigen Fettsäuren werden in einer Reaktionsabfolge, die man β -Oxidation nennt, immer zwei C-Atome (in Form aktivierter Essigsäure) „abgeschnitten“. Dieser Vorgang wird so lange wiederholt bis die gesamte Fettsäure geteilt ist. Der Vorgang der β -Oxidation läuft in den Zellen an den Mitochondrien ab. Als „Nebenprodukt“ des Vorganges entsteht Wasserstoff. Auch er ist an Coenzyme gebunden ( NADH.H + und FADH 2 ) (Kap. 10.2). Die Glucose wird in einer Reaktionsabfolge – Glycolyse – in der Zellflüssigkeit zu Pyruvat abgebaut. Unter Abspaltung von CO 2 entsteht dann am Mitochon- drium ebenfalls Acetyl-CoA. Auch hier entsteht Wasserstoff in Form von NADH. Dabei werden noch Energiespeichermoleküle gebildet, die man ATP (Adeno- sin-triphosphat) nennt (Abb. 283–1). Auch das Glycerol wird in der Glycolyse abgebaut. Aus überschüssigem AcCoA werden Fettsäuren und damit Körperfett aufge- baut. Daher kann jeder Nahrungsüberschuss als Fett gespeichert werden. Aminosäuren werden normalerweise (außer bei starkem Nahrungsmangel) in geringeren Mengen zur Energieerzeugung genutzt und dienen hauptsächlich zum Aufbau körpereigenen Eiweißes (Erhaltungsstoffwechsel). Stufe 3 - Der Abbau des Kohlenstoffgerüsts zu CO 2 unter Gewinnung von Wasserstoff In Stufe 3 wird die aus allen Nährstoffen erzeugte Essigsäure oxidiert. Es ist aber keine Reaktion des Luftsauerstoffes mit dem Kohlenstoffgerüst der Es- sigsäure direkt möglich. Stattdessen wird „indirekt“ oxidiert. Das geschieht durch Abspaltung von Kohlenstoffdioxid und Wasserstoff. Der Vorgang läuft als Kreisprozess ab und wird Citratcyclus oder nach seinem Entdecker, dem deutschen Chemiker Hans Adolf Krebs Krebszyclus genannt. Stufe 4 - Die Oxidation des Wasserstoffs durch Luftsauerstoff unter Gewinnung der Energiespeichermoleküle ATP Alle Oxidationsschritte der 2. und 3. Stufe erfolgen ohne elementaren Sauer- stoff. Das Ergebnis ist an Coenzyme gebundener Wasserstoff, teilweise schon aus Stufe zwei, die allergrößte Menge aber aus dem Citratcyclus. Dieser Wasserstoff (NADH.H + und FADH 2 ) wird in der 4. Stufe mit elementa- rem Sauerstoff, der über Lunge und Blut den Zellen zugeführt wird, zu Wasser oxidiert. Die Oxidation erfolgt stufenweise über eine Reihe weiterer Redox-En- zyme. Diese Reaktionskaskade wird auch Atmungskette genannt. Sie liefert die größte Energiemenge aller vier Prozesse, die chemisch durch die Synthese des energiereichen Moleküls ATP gespeichert wird. Nur zu Prüfzwecken – Eigentum des Verlags öbv