Medizin Aufbau_NHK Säure-Basen&Zellatmung

• Der pH- Wert ist ein Mass für die „effektive“ H⁺ -IonenKonzentration in einer Lösung.  
• pH = pondus Hydrogenii = Gewicht (im Sinne von Kraft) des Wasserstoffs in einem Liter Lösung.

• Er ist definiert als der negative dekadische Logarithmus der Wasserstoffionen-Konzentration (H⁺ bzw. H₃O⁺) in einer (wässrigen) Lösung.

  Der pH-Wert einer Lösung gibt auf einer Skala von 0 – 14 an, wie sauer oder basisch diese ist:

• pH 0 Sehr sauer
• pH 7 neutral
• pH 14 Sehr basisch

• Haut 5.5
• Darm 5.5-8 je nach Abschnitt,
• Pankreas, Galle 7.8-8
• Magen 1-3

Schon geringe Änderungen der H⁺ -Konzentration (also des
pH-Wertes) führen zu Änderungen des Protonierungs-Grades der Proteine. Dies führt zu Veränderungen der Konformation, d.h. ihrer 3-dimensionalen Struktur, so dass die so modifizierten Proteine ihre Aufgaben schlechter bzw. gar nicht mehr ausführen können. Reaktive Zentren von Enzymen sind dann nicht mehr so gut oder gar nicht mehr zugänglich. So können viele Stoffwechsel-Vorgänge in ihrer Effektivität stark beeinträchtigt werden. Dies kann bis zum Auftreten eines Komas gehen.

H⁺  +  HCO₃^-    =>    H₂CO₃

HCL  + NaHCO3  = >  NaCl + H₂O und CO₂

(Hier steht HCl, weil der Speisebrei aus dem Magen mit HCl durchsetzt ist, wenn er in den Dünndarm gelangt.)

H⁺ + HbO₂  =  HHb⁺ + O₂

• Regulation der Bikarbonatausscheidung
• Neubildung von Bikarbonat
• Ausscheidung von H⁺-Ionen und Ammoniak bzw., Ammoniumchlorid

Prinzipiell kann eine metabolische Azidose durch eine Ansammlung von Säuren oder durch einen Verlust von Basen entstehen. Beides führt zu einem Anstieg der H⁺-Konzentration und somit zu einem Absinken des Blut-pH-Wertes.

• Niereninsuffizienz      (=> zu wenig H⁺-Ausscheidung)
• Vermehrte H⁺ Aufnahme        (=> Ernährung)
• Vermehrter Fettabbau         (=> Ketonkörper)
• Anaerobe Stoffwechsellage    (=> Laktat-Bildung)
• Bicarbonatverlust       (=> Lang anhaltende Durchfälle)
• Sepsis

Der Körper hat 2 grundsätzliche Möglichkeiten, einer zu hohen H⁺-Konzentration im Blut entgegen zu wirken – nämlich über die Nieren und die Lunge:
     1. durch Ausscheidung von Säure oder
     2. durch Neutralisation der Säure

Kompensationsversuch der Lunge:
 - vertiefte (bis beschleunigte) Atmung (=> CO₂-Abnahme)

Kompensationsversuch der Nieren:
 - Erhöhung der H⁺-Ausscheidung
 - Erhöhung der Rückresorption von HCO₃^-
 - Vermehrte Bildung von NH₃ (Ammoniak)
 - Verstärkte Bildung von Phosphaten

 

Ursachen:                           
Prinzipiell kann eine metabolische Alkalose durch eine Ansammlung von Basen oder durch einen Verlust von Säuren entstehen. Beides führt zu einem Sinken der H⁺-Konzentration und somit zu einem Anstieg des Blut-pH-Wertes.

Also:

-       Zu basische Ernährung

-       Zuviel Kalium-Ausscheidung

-       Zuviel Bicarbonat

-       Heftiges Erbrechen

Verlauf:
- Hypoventilation

  - Verstärkte Bicarbonat-Ausscheidung durch die Nieren

  - Vermehrter Bikarbonat-Verbrauch durch erhöhte Harnstoff-Produktion in der Leber

Durch das Abatmen von CO₂ und Einatmen von O₂.

Das CO₂ verbindet sich im Blut und Gewebe mit den vorhandenen Wassermolekülen und es entsteht Kohlensäure, welche in ein Bikarbonat(HCO₃^-) und ein Wasserstoffion (H⁺) dissoziiert. Wenn sich weiter anreichert, schaltet sich nach einigen Tagen die Niere ein und greift auf ihre Mechanismen zurück, in dem sie die H⁺ ausscheidet.

Der an verschiedenen Stellen von Glycolyse und im Citratzyklus aus den Glucosefragmenten herausgelöste Wasserstoff ist extrem reaktiv und daher sehr gefährlich für fast alle Moleküle, die seinen Weg kreuzen.

(Wir erinnern uns an die Knallgas-Reaktion, in der sich Wasserstoff und Sauerstoff mit einer Explosion - einem lauten Knall – zu Wasser verbinden.)

Die Coenzyme NAD⁺ und FAD sind nun Moleküle, die diesen „aktiven Wasserstoff“ ohne Komplikation sehr gern aufnehmen (und dabei selber etwas stabiler werden…) und ihn so in eine ungefährliche Transportform überführen.

So kann der gefährliche Wasserstoff quasi in einem „Sicherheitstransporter“ zur Atmungskette gebracht werden.

In einer sehr komplizierten Reaktionskette wird dort die große Energie dieses Wasserstoffs in ungefährlichen, kleinen Portionen an andere Moleküle weiter gereicht, wobei jedes Mal ATP gebildet wird.

Die Energie der Knallgasreaktion wird so also dosiert in ungefährliche Bahnen gelenkt.

Bleibt noch zu sagen, dass die Coenzyme NAD⁺ und FAD sich auch wieder leicht „überreden lassen“, den aufgenommenen Wasserstoff wieder abzugeben.

• Glycolyse,
• oxidative Decarboxylierung,
• Citratzyklus und
• Atmungkette
   

H₂O und CO₂, und die dabei freiwerdende Energie, die in dem Molekül ATP gespeichert wird

(Als Zwischenprodukte, die jedoch wieder weiter verarbeitet werden, entstehen

• Pyruvat aus der Glycolyse,
• Acetyl-CoA aus der oxidativen Decarboxylierung,
• Oxalacetat nach jedem Durchlauf durch den Citratzyklus.)

Die Glycolyse findet als erster Schritt der vierstufigen Zellatmung im Zytoplasma ab. Sie erfolgt immer anaerob, d.h. ohne Beteiligung von Sauerstoff und liefert pro Glucose-Molekül in mehreren Schritten 2 Moleküle Pyruvat (das Säureanion der Brenztraubensäure) und 2 Moleküle ATP netto.

Die Glucosekette aus 6 C-Atomen wird bei der Glycolyse in 2 Dreier-Einheiten (Pyruvat) gespalten.

Weiterhin entsteht bei der Glycolyse sog. „aktivierter Wasserstoff“, der von dem Coenzym NAD⁺ aufgefangen wird und als NADH + H⁺ in die Mitochondrien in die Atmungskette eingespeist wird, sofern dort Sauerstoff anwesend ist.

Ein NADH/H+ liefert dann in der Atmungskette 2,7 Moleküle ATP.

Vor dem Citratzyklus findet als zweiter Schritt der Zellatmung in den Mitochondrien die oxidative Decarboxylierung zu Acetyl-CoA (einem C2-Baustein) statt – sofern der Zelle bzw. den Mitochondrien Sauerstoff zur Verfügung steht.

Der Citratzyklus läuft als dritter Schritt der Zellatmung im Mitochondrium ab.

Das Acetyl-CoA (C2-Baustein) wird in den Citratzyklus eingespeist und verbindet sich mit Oxalacetat (ein C4-Baustein)zu Citrat (C6), dem Säureanion der Zitronensäure, von dem dieser Prozessschritt seinen Namen hat.

In 8 Umwandlungsschritten wird aus dem Citrat zweimal CO₂ abgespalten und wieder Oxalacetet generiert, welches so nach einem Zyklusdurchlauf wieder zur Verfügung steht, um ein neues Acetyl-CoA aufzunehmen …