Biologie - 1. Semester ZHAW
Biologie im 1. Semester des Studiums Biotechnologie an der ZHAW Wädenswil. Es wird keine Verantwortung für Vollständigkeit und Richtigkeit der Kärtchen übernommen. Fragen und Anregungen bitte an silvannessler@gmail.com.
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Cartes-fiches
Was ist NAD+?
- NAD (Nicotinadeninnucleotid) dient als Elektronenakzeptor bei exergonen (thermodynamisch günstigen) Reaktionen.
- NAD+ ist wie ATP auch ein Überträger von freier Enthalpie. Mit jedem NAD+ kann ein ATP synthetisiert werden
Was passiert in einem ersten Schritt der Zellatmung und wie heisst dieser?
- Glycolyse (Abbau von Glucose, funktioniert ohne Sauerstoff)
- Makromoleküle (Zucker, Eiweisse, Fette) werden in ihre Bestandteile zerlegt
- Aus Glucose wird Pyruvat hergestellt (3-C Molekül)
- Verbrauch von 2 ATP
- Gewinnung von 4 ATP und 2 NADH + 2H+
- Abfallprodukt Wasser entsteht
Was geschieht nach der Glykolyse?
- Wenn Sauerstoff vorhanden ist, wird Pyruvat zu einem 2-C Molekül abgebaut, wobei CO2 abgeatmet wird.
- Das 2-C-Molekül ist nun Teil des Acetyl-Coenzym-A Moleküls
- Das Acetyl-Co-A gelangt nun in den Citratzyklus
- Bei der Reaktion werden Elektronen von NAD+ aufgenommen, welche dann zu NADH werden
Was passiert mit dem Pyruvat vor dem Citratzyklus und was passiert in diesem?
- Pyruvat wird ein C-Atom abgespalten und als CO2 abgeatmet. Das restliche 2-C Molekül wird an Acetyl-Co-A gebunden.
- Das an Acetyl-Co-A gebundenes 2-C Molekül wird mit Oxalessigsäure (4-C Molekül) wird zu einem 6-C-Molekül umgewandelt.
- Dem entstandenen 6-C Molekül werden nun 2 C abgenommen und als CO2 abgeatmet
- Die dabei frei werdenden Elektronen werden von NAD+ und FAD aufgenommen
- Bei der Reaktion wird pro Zuckermolekül 2 GTP, 2 ATP, 6 NADH und 2 FADH2 gebildet
- Pro Zuckermolekül muss der Zyklus zweimal Durchlaufen werden
Wie ist die Gleichung vom Citratzyklus pro Pyruvat?
Acetyl-Co-A + 3 NAD+ + FAD + GDP + P → 2 CO2 Acetyl-Co-A + NADH/H+ + FADH2 + GTP
Was ist die Atmungskette?
- Abschluss der Zellatmung
- Die Coenzyme NADH/H+ und FADH2 geben Elektronen an die Elektronentransportkette ab. Diese generiert einen Protonengradienten, der für die ATP-Synthese benötigt wird.
Wie funktioniert die Atmungskette genau?
- NADH/H+ gibt die Elektronen an die NADH Dehydrogenase ab. Zusätzlich zu den zwei Elektronen werden zwei Protonen mittransportiert.
- Mit dem Enzym Ubiquinone werden die Elektronen an den Cytochrom-b-Komplex befördert.
- Von dort werden die Elektronen einzeln über Cytochrom-C an den Cytochrom-Oxidasen-komplex weitergegeben. Bei diesem Transport werden wieder pro Elektron ein Proton mittransportiert.
- Beim Cytochrom-Oxidasen-Komplex reagieren vier Elektronen mit 2 Sauerstoff und 8 Wasserstoffionen. Es entstehen 2 H2O und 4 H+, welche in den intermembranraum gepumpt werden.
- ATP-Syntase verwendet nun den Protonengradienten, um ATP aus ADP + P zu synthetisieren.
- Pro Glucose werden ungefähr 30-32 ATP gebildet.
Wie synthetisiert die ATP-Syntase aus dem Protonengradienten ATP?
Was ist das Prinzip der alkoholischen Gärung?
- Wenn den Mitochondrien kein Sauerstoff zur Verfügung steht, können die Elektronen, die bei der Herstellung von Pyruvat anfallen, nicht mehr auf das O2-Molekül übertragen werden.
- NADH/H+ staut sich, weil die Elektronen kein Wasser mehr bilden können. Deshalb wird es für den Aufbau von Lactat (Milchsäure) benötigt. Es wird demnach kein CO2 gebildet
- Bei der Gärung, wie sie von Hefen gemacht wird, wird statt Lactat Alkohol gebildet
- Bei der Gärung wird jedoch CO2 frei, weil das Pyruvat zuerst zu Acetaldehyd abgebaut wird, wobei CO2 frei wird
Was ist die generelle Bedeutung der Photosynthese?
- Bei der Photosynthese wird durch die Umwandlung von Lichtenergie durch Organismen chemische Energie hergestellt
- Es werden energiereiche, organische Verbindungen aus energiearmen, anorganischen Verbindungen aufgebaut.
- Die Photosynthese ist der zentrale Prozess im globalen Ökosystem
Wo läuft die Photosynthese ab und was ist die entsprechende Gleichung?
- läuft in den Chloroplasten ab
- Die erste Teilreaktion läuft dabei an der Thylakoidmembran ab. Dabei wird ein Protonengradient, der von der ATP-Syntase genutz werden kann. Zusätzlich entsteht NADPH
- Die zweite Teilreaktion ist der Calvin-Zyklus, bei dem ATP und NADPH für die Synthese von Zucker benutzt wird.
Was ist das Prinzip der Licht und Dunkelreaktion?
Lichtreaktion:
- Produktion von ATP und NADPH
Dunkelreaktion:
- ATP liefert die Energie für die Kohlenstofffixierung vom CO2 in organiche Moleküle und schliesslich Zucker
- Sie ist jedoch nur Lichtunabhänig, vom vorhandensein von ATP und NADPH abhängig
Wieso erscheinen Blätter grün und welchen zusammenhang zwischen Wellenlänge und Energie gibt es?
- Für die Photosynthese wird blaues und rotes Licht benötigt. Alle andere Wellenlängen (grünes Licht) werden nicht absorbiert und werden daher reflektiert.
- Sichbares Licht begrenzt sich auf die Wellenlängen 380-750 nm. Es gilt E = 1/λ, wobei λ die Wellenlänge in nm ist. Kleine Wellenlängen haben also viel Energie.
Wozu wird die Elektronentransportkette bei Chloroplasten verwendet?
- Läuft an der Thylakoidmembran ab
- Durch die Elektronentransportkette wird ein Protonengradient und NADPH und ATP erzeugt, welche für den Aufbau von Glucose gebraucht werden können
Wie funktioniert die Elektronentransportkette?
- Elektronen werden im Photosystem 2 angeregt: Photonen regen Chlorophyl in den Photosystemen an, die entstehende Resonanz wird auf P680 übertragen, das zu P680+ (bzw. P700 und P700+ bei PS 1). Es wird jeweils ein Elektron auf Plastoquinone Qb übertragen.
- Wenn Plastoquinone Qb zwei Elektronen hat, wandert es zum Cytochromkomplex. Bei diesem Schritt werden insgesamt 4 Protonen in das Strome gepumpt.
- Vom Cytochromkomplex werden die Elektronen (jeweils 2) über Plastocyanin zum Photosystem 1 transportiert.
- Dort werden sie erneut angeregt (einzeln).
- Die angeregten Elektronen werden nun von Ferredoxin zur Ferredoxin-NADP-Reductase transportiert. Dort wird mit diesen zwei Elektronen NADPH gebildet.
- Es entsteht ein Protonengradient von 6 H+ pro Durchlauf.
Welche drei Phasen gibt es im Calvin Zyklus und wofür wird dieser gebraucht?
- Der Calvin Zylkus wird benötigt, um CO2 zu Zucker zu fixieren.
- Kohlenstofffixierung
- Reduzierung
- Regeneration
Was passiert bei der Kohlenstoffixierung?
- Eintrag von 3 CO2
- fixierung durch RibisCO (oder PEP-Caboxylase, bei C4 Pflanzen) mit RuBP zu 3 instabilen 6-C intermedianten
- Die 6-C Intermedianten zerfallen in 6 3-C Molekülen
Was passiert bei der Reduzierung?
- Den 3-C Molekülen werden mit 6 ATP jeweils ein zweites Phophat angehängt
- Diesen Molekülen wird die Energie von 6 NADPH übergeben. Das Phosphat spaltet sich wieder ab.
- Von den 6 3-C Molekülen (mit höherer Energie) wird pro Zyklus jeweils ein Molekül abgespalten. Nach zwei Durchgängen kann damit ein Molekül Glucose aufgebaut werden.
Was passiert bei der Regeneration?
- Die 5 3-C Moleküle werden nun mit 3 ATP zu 3 5-C Molekülen umgebaut. Dabei werden 2 Phosphate abgespalten. Der Zyklus beginnt anschliessend von vorn
- Der Prozess braucht 3 ATP
Was ist der Nachteil von C3-Pflanzen gegenüber von C4 und CAM-Pflanzen?
- Das Enzym RubisCO ist in C3 Pflanzen zu finden.
- Diese Pflanzen haben den Nachteil, dass sie die Spaltöffnungen an heissen Tagen verkleinert werden müssen, um Wasserverlust zu vermeiden.
- Dadurch wird jedoch auch weniger CO2 aufgenommen, wodurch weniger Zucker produziert wird.
- In C4 und CAM Pflanzen ist der Calvin Zyklus (inklusive Kohlenstofffixierung) optimiert.
Welchen Vorteil haben die C4 Pflanzen?
- Anstatt RubisCO wird PEP-Carboxylase für die Kohlenstoffixierung verwendet. Diese hat eine höhere CO2-Affinität, wodurch auch geringere Mengen CO2 fixiert werden können.
- Andere Blattanatomie: die Kohlenstofffixierung und der Calvin Zyklus sind räumlich getrennt: Kohlenstofffixierung findet in Mesophylzellen und der Calvin Zyklus in den Bündelscheidezellen.
- In den Mesophylzellen wird CO2 durch die PEP-Carboxylase an PEP (Phosphoenolpyruvat) gebunden. Dieses wandert als Malat (Apfelsäure) in die Chloroplasten und zerfällt dort in Pyruvat und CO2
- Dieses CO2 wird anschliessend in den Calvinzyklus eingespeist (in den Bündelscheidezellen, dort mit RubisCO)
- PEP Carboxylase kann im Vergleich zu RubisCO kein Sauerstoff fixieren, was zu einer höheren Produktivität führt.
Welchen Vorteil haben CAM-Pflanzen?
- öffnen Spaltöffnungen nur Nachts, um CO2 aufzunehmen.
- CO2 wird an PEP (3-C Molekül) gebunden und über Oxalacetat zu Malat umgewandelt.
- Malat wird aktiv in der Vakuole gespeichert.
- Tagsüber diffundiert das Malat ins Cytoplasma und wird dort durch CO2 und NADPH/H+ Abgabe zu Pyruvat umgewandelt. Pyruvat wird anschliessend unter ATP Verbrauch zu PEP umgewandelt.
- Das frei gewordene CO2 wird dabei in den Calvin-Zyklus geschleust.
Was sind die Unterschiede von C4 zu CAM Pflanzen?
C4-Pflanzen:
- CO2 fixierung Tagsüber
- Getrennte Zellen für Kohlenstofffixierung und Calvin-Zyklus
CAM-Pflanzen:
- CO2 fixierung nur Nachts
- Gemeinsame Zellen für Kohlenstofffixierung und Calvin Zyklus