Aufgaben 69 Zellstoffwechsel Viele Stoffwechselreaktionen laufen nur dann ab, wenn sie notwendig sind, das heißt, wenn ihre Produkte gebraucht werden. Deshalb gibt es im Stoffwechsel eine fein abgestimmte Steuerung. Du hast das Prinzip der negativen Rückkopplung bereits am Anfang dieses Kapitels kennen gelernt (siehe S. 51). Mit Hilfe dieses Prinzips wird beispielsweise in Hefezellen die Glykolyse gesteuert. Das Enzym Phosphofructokinase ist dafür verantwortlich. Es wird durch die Anwesenheit von ATP gehemmt. Je mehr ATP vorliegt, umso langsamer läuft die Glykolyse ab. Das ist ein geniales Prinzip, weil es dadurch zu keinem Rückstau in der Zellatmung kommen kann. Ein solcher würde unweigerlich entstehen, wenn andauernd neue Glukose gespalten wird. Auf diese Weise wird der Citratzyklus entlastet. Die Regulation des Stoffwechsels erfolgt an vielen weiteren Stellen. Die Hemmung der Glykolyse durch Phosphofructokinase ist nur eines von unzähligen Beispielen. Tatsächlich wird der Stoffwechsel durch ein ganzes Netzwerk von Wechselwirkungen reguliert. Genaue Regulierung bewirkt, dass Stoffwechselreaktionen nur ablaufen, wenn sie notwendig sind Steuerung und Regelung Wenn in den Zellen bereits genügend ATP vorhanden ist, verläuft die Glykolyse langsamer und der Citratzyklus wird entlastet. Das Prinzip der negativen Rückkopplung sorgt dafür, dass Stoffwechselreaktionen nur ablaufen, wenn sie notwendig sind. Die Zellatmung wird genau reguliert 1 W/S Mit dem folgenden Modellversuch zur Regulation der Wassertemperatur (kAbb. 31) lässt sich die Funktion eines Regelkreises mit „negativer Rückkopplung“ ganz allgemein nachvollziehen. Motor Temp. °C 500-ml-Becherglas mit 200 ml Wasser bei Zimmertemperatur kaltes Wasser kaltes Wasser heißes Wasser 10 ml zugießen Thermometer 10 ml zugießen rote Karte Istwert über unter Sollwert zeige zeige blaue Karte 1 2 3 4 5 Magnetrührer Start durch Zugabe von bis zu 50 ml kaltem Wasser Wassertemperatur Abb. 31: Modellversuch zur Regulation. 2 W/E Verdeutliche das Prinzip der negativen Rückkopplung mit Hilfe des Modells eines Regelkreises in Abb. 31. Trage dazu die Begriffe Messfühler, Regelgröße, Regler, Stellglieder und Störgröße in die Felder 1–5 ein. Der Messfühler (Messglied) misst das zu messende Medium. Er liefert den Istwert der Regelgröße. Die Regelgröße soll auf einem bestimmten Wert (Sollwert) konstant gehalten und, falls eine Störgröße den Istwert verändert, wieder dorthin gebracht werden. Dies geschieht anhand eines Reglers, der Stellglieder steuert, die den Prozess regeln. 3 W Die Regulation der Wassertemperatur im oben gezeigten Modell ist ein Prinzip mit „negativer Rückkopplung“. Erkläre, wie dieses Prinzip im vorliegenden Experiment verwirklicht ist und vergleiche die Regelung der Glykolyse mit den Regelmechanismen im Modell. 4 W Erkläre, warum es wichtig ist, dass der Ablauf der Zellatmung genau reguliert wird, und nicht immer mit derselben Geschwindigkeit abläuft. Nur zu Prüfzwecken – Eigentum des Verlags öbv
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