Biologie 1

e^-- Aufnahme (Oxidationszahl erniedrigt sich)

wird selbst reduziert

wird selbst oxidiert

Zuckerspaltung

Abbau von Zuckermolekülen ohne Mitwirkung von Sauerstoff

aerobe Energiegewinnung

Energieliefernde Oxidation org. Moleküle

ermöglicht Elektronenfluss von NADH/FADH₂ zum molekularen Sauerstoff

Energiefreisetzung und Stoffabbau durch Gärung und biologische Oxidation.
Da die Energiefreisetzung durch Oxidationen erfolgt, wird sie auch als Zell- Atmung bezeichnet.

Da der bei der Verbrennung von 1 mol Glucose freiwerdende Energiebetrag sehr groß ist, wird der Abbau in viele Einzelschritte zerlegt

ATP ist der Energieträger aus biochemischen Reaktionen Struktur: Nukleinsäure Adenin verkettet mit einem Zucker (Pentose/Ribose, Mitte) = Adenosin und dieser wiederum mit drei Phosphaten, die einzeln abgespalten werden können und dabei Energie produziert

• Kopplung der ATP-Hydrolyse mit der chemischen Reaktion treibt diese an
• Kopplung der ATP-Hydrolyse mit Transportvorgängen und mechanischer Arbeit treibt diese an

Nicotinamidadenindinucleotide (NAD+) und Flavinadenindinucleotide (FAD)

NAD+ ist in vielen exergonen Oxidationen von Metaboliten der  Elektronenakzeptor. Es ist daher wie ATP ein Überträger von freier Enthalpie.
Jedes NADH (die reduzierte Form von NAD+) repräsentiert gespeicherte Energie, die angezapft werden kann, um ATP zu synthetisieren

• aerobe Energiegewinnung 
• aerobe Organsmen besitzen Mitochondrien, in denen die bei der Glykolyse gebildeten Reduktionsäquivalente NADH/H+ reziykliert werden können
• elektronen werden dabei auf Sauerstoff übertragen, wobei Wasser entsteht
• Glucose wird vollständig bis zum CO2 abgebaut

1. Abbau makromolekularer Stoffe in ihre Grundbausteine

2. Glycolyse: In einer Kette von Reaktionen wird Traubenzucker bis zur Stufe der "aktivierten Essigsäure" (aerob) unter Bildung von ATP und NADH/H+ abgebaut.

3. Citronensäurecyclus: ein Kreislaufprozeß, in dem die "aktivierte Essigsäure" bis zu CO 2 und NADH/H+ zerlegt wird.
4. Endoxidation in der Atmungskette, bei   der der Wasserstoff des NADH/H+ durch   Sauerstoff zu Wasser unter ATP-   Bildung oxidiert wird.

Unter der Glycolyse im engeren Sinn versteht man den Abbau von Glucose (Traubenzucker) bis zur Stufe des Lactats (Milchsäure), ohne dass dazu Sauerstoff benötigt wird.
Die Glykolyse findet im Zellplasma statt und wird durch elf nacheinander wirkende Enzyme katalysiert.

Ein Acetyl-CoA-Molekül wird in den Citratzyklus eingeschleust. Gleichung:
Acetyl-CoA  + 3 NAD+  + FAD  +  GDP + P
2 CO2  +  CoA  +  3 NADH/H+  +  FADH2  +  GTP

(GTP ist dem ATP analog und kann, wenn nötig in dieses umgewandelt werden)
NADH und FADH 2 speichern den größten
Teil der aus der Glucose stammenden Energie.
Die im Zyklus gebildeten Coenzyme NADH und FADH 2 geben die den Nahrungsmolekülen entzogenen Elektronen an die Elektronentransportkette weiter.

• Ist Abschluss der biochemischen Energiefreisetzung, da in diesem Prozess die bei der Glykolyse und dem Citrat-Zyklus reduzierten Coenzyme NADH/H+ und FADH2 wieder oxidiert werden. Die daraus entstandene Energie wird wieder als ATP gespeichert.

 • läuft an der inneren Mitochondrien-Membran • Oxidationsmittel Sauerstoff (Elektronen fliessen von org. Molekülen zum Sauerstoff)
• Die Atmungskette ist ein Energiewandler, der den exergonen Fluß von Elektronen aus dem NADH und dem FADH 2 hin zum Sauerstoff für das   Pumpen von Protonen aus   dem Matrixraum in den   Intermembranraum der   Mitochondrien durch   die Membran benutzt

• Befinden sich in der inneren Membran der Mitochondrien bei eukary. Zellen & in der Plasmamembran in prokary. Zellen

• ATP-Synthase koppelt den Rückfluss von H+ mit der Synthese von ATP aus ADP und Pi.

Ca. 40 % der Energie in einem Glucosemolekül wird während der Zellatmung auf ATP übertragen

Pyruvat wird in zwei Schritten zu Ethanol umgesetzt:

• Im ersten Schritt wird Kohlendioxid (C 1) freigesetzt
• Im zweiten Acetaldehyd durch NADH zu Ethanol reduziert

• Anaerobe Atmung nutzt eine Elektronentransportkette mit einem anderen Elektronenakzeptor als Sauerstoff, z.B. das Sulfatanion (SO42-)

• Durch Gärung (Fermentation) kann chemische Energie sowohl ohne Sauerstoff als auch ohne eine Elektronentransportkette, also ganz ohne Zellatmung,
gewonnen werden

• Anaerobe Atmung nutzt eine Elektronentransportkette mit einem anderen Elektronenakzeptor als Sauerstoff, z.B. das Sulfatanion (SO42-)

• Durch Gärung (Fermentation) kann chemische Energie sowohl ohne Sauerstoff als auch ohne eine Elektronentransportkette, also ganz ohne Zellatmung,
gewonnen werden

• Eine Gärung besteht aus der Glycolyse plus zusätzlichen Reaktionen, die das NAD+ durch Elektronenübertragung vom NADH auf Pyruvat oder dessen Abkömmlinge regenerieren

• Verbreitete und industriell genutzte Formen sind die alkoholische Gärung, die Essigsäuregärung  und die Milchsäuregärung

• Im Verlauf der MiIchsäuregärung wird das Pyruvat ohne vorherige Decarboxylierung unmittelbar durch NADH zum Endprodukt Lactat reduziert; CO2 wird hier also nicht freigesetzt

• Die Milchsäuregärung nutzt die Lebensmittelindustrie zur Herstellung von Joghurt, Quark und Käse

• Menschliche Muskelzellen erzeugen ATP durch
Milchsäuregärung, wenn Sauerstoff knapp ist

Schlüsselsubstanz sowohl im anaeroben wie im aeroben Stoffwechsel

• Glucose, Aminosäuren, Fettsäuren und Glycerin werden zum gemeinsamen Zwischenprodukt Acteyl-CoA abgebaut.

• Die Acetylgruppe wird im Citratcyclus unter gleichzeitiger Reduktion von NAD+ und FAD zu CO2 oxidiert.

• Die Rückoxidation von NADH und FADH2 durch O 2 während der oxidativen Phosphorylierung liefern H2O und ATP.