Biosynthese und Analytik - Kapitel 4
Kapitel 4
Kapitel 4
Set of flashcards Details
| Flashcards | 17 |
|---|---|
| Language | Deutsch |
| Category | Chemistry |
| Level | University |
| Created / Updated | 15.01.2015 / 21.01.2015 |
| Weblink |
https://card2brain.ch/box/biosynthese_und_analytik_kapitel_4
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Erkennen Sie, ob es sich um ATP, ADP, AMP, NAD, NADP oder CoA handelt und erklären Sie deren Funktionen.
Grundsatz der Energiegewinnung von chemoorganoheterotrophen Lebewesen: Organische Verbindungen (z.B. Kohlenhydrate) werden oxidiert und die Elektronen auf Sauerstoff übertragen. Dabei wird Energie frei.
- ATP: Adenosintriphosphat - Direkt nutzbare Energie, sehr wichtig für alle energieabhängigen Prozesse. Aus Adenin, Ribose (beide = Adenosin) und drei Phosphatgrupppen: Die Phosphorsäureanhydrid-Bindungen bindet drei Phosphorsäuren unter Wasserabspaltung und ist sehr energiereich (negative Ladungen stossen sich ab, Entropie kann steigen).
- ADP: Adenosindiphosphat - ATP nach Abspaltung eines Phosphatrestes Pi (anorganisches Phosphat).
- AMP: Adenosinmonophosphat - ADP nach erneuter Abspaltung eines Phosphatrestes.
- NAD: Nicotinamidadenindinucleotid - Elektronen-Carrier in drei Oxidationsstufen (2 Elektronen): NAD+ <> NAD <> NADH + H+. Mittig zwei Phosphatgruppen, rechts wie ATP, links oben eine Nicotinsäure (Elektronen-Aufnahme).
- NADP: Nicotinamidadenindinucleotidphosphat - Hat gegenüber NAD einen zusätzlichen Phosphatrest an der Ribose und wird für die Reduktion von organischen Verbindungen benötigt, wirkt gegenüber NAD (katabolisch) also anabolisch (NADP+ <> NADP <> NADPH + H+)
- FAD: Flavinadenindinucleotid - Ebenfalls Elektronencarrier, jedoch für die Bildung von Doppelbindungen. Wiederum ein Adenosin, das über Pyrophosphat mit Rivoflavin (Vitamin B2) gebunden ist. Bindet auch zwei Eletronen, jedoch nur in zwei Oxidationsstufen: FAD <> FADH2
- CoA: Coenzym A (ist organisches Molekül, aber kein Protein/Enzym) überträgt C2-Einheiten (Essigsäure/Acetat). Komplizierte Struktur, jedoch wieder mit Adenosin und Thiol-Gruppe am Ende (SH), woran Essigsäure gebunden werden kann (-> Acetyl-CoA).
Wie lautet die Nettogleichung der Glykolyse? Was ist ihr Ziel insgesamt und was sind die Ziele der beiden Teilreaktionen?
C6H12O6 + 2 ADP + 2 Pi + 2 NAD+ -> 2 C3H4O3 + 2 ATP + 2 NADH + 2 H+ (Kein Sauerstoff nötig!).
Aus Glucose wird 2x Energie, 2x Pyruvat mit zwei doppelt geladenen Elektronen-Carriern.
- Energiegewinnung ohne Sauerstoff (Aus Glucose wird ATP gewonnen).
- Teil 1: Spaltung von Glucose (C6) in zwei C3-Körper unter ATP-Verbrauch.
- Bildung von Pyruvat aus den C3-Körpern unter ATP-Produktion und Elektronenladung (NADH + H+)
Nennen Sie drei Abbauwege für Pyruvat und erläutern Sie, unter welchen Bedingungen welcher Weg abläuft.
- Milchsäuregärung - Regeneration von NAD+ (Aufrechterhaltung der Glycolyse) in Abwesenheit von Sauerstoff. Pyruvat wird zu Lactat (sauer).
- Alkoholische Gärung - Regeneration von NAD+ (Aufrechterhaltung der Glycolyse) in Abwesenheit von Sauerstoff. Pyruvat -> Acetaldehyd (Kater) + CO2 -> Alkohol (Übertragung der Elektronen auf Pyruvat).
- Aerobe Oxidation (Citratzyklus und oxidative Phosphorylierung) - Falls genügend Sauerstoff verfügbar: Hohe ATP-Ausbeute!
Welche Faktoren beeinflussen die Gärung?
- Gärungsbilanz/Redoxbilanz zwischen Gärprodukten und Substraten muss ausgeglichen sein.
- Vorhandensein von Sauerstoff.
- Zusammenspiel der benötigten Mikroorganismen.
Wie funktioniert der Citratzyklus schematisch, welches sind seine Hauptprodukte und was ist seine Hauptaufgabe bei der aeroben Dissimilation?
Schematischer Ablauf:
- Pyruvat (C3) wird zu Acetyl-CoA (C2) unter Abspaltung von CO2
- Acetyl-CoA tritt in den Kreislauf ein (-> C6) und wird in zwei Schritten oxidiert (C5 + CO2 -> C4 + CO2)
- Der Akzeptor (Oxalacetat) wird regeneriert.
Ziele:
- Oxidation des organischen Kohlenstoffes (Pyruvat) zu CO2.
- Übertragung der frei werdenden Elektronen auf NAD und FAD und Bildung von GTP.
Skizzieren Sie den Ablauf der oxidativen Phoshporylierung. Was sind die Hauptprodukte und wieso braucht es bei der Atmung O2?
In und an der Membran werden über verschiedene Proteine und Ubichinon Elektronen von NADH und FADH2 auf Sauerstoff übertragen. Dabei entsteht H2O und recht viel ATP:
- NADH wird am Komplex 1 oxidiert.
- FADH2 wird am Komplex 2 oxidiert.
- Die Elektronen fliessen anschliessend über Ubichinon zum Komplex 3 in den Intermembranraum.
- Die Elektronen fliessen anschliessend über Cytochrom C zum Komplex 4, wo sie auf O2 übertragen werden.
- Dies alles führt zu einem elektrochemischen Gradienten, der die ATP-Synthese antreibt.
- Die F1F0-ATPase nutzt den Gradienten zur Synthetisierung von ATP aus ADP.
Wieso ist die Energieausbeute unter aeroben Bedingungen viel grösser als unter anaeroben Bedingungen?
Die Übertragung von Elektronen von NADH auf O2 ist stark exergon, d.h. O2 ist ein sehr guter Elektronen-Akzeptor und NADH ein guter Elektronen-Donor. In dieser Übertragung steckt also viel Energie, die für den Aufbau von ATP genutzt werden kann. Ohne O2 ist die Energie-Ausbeute viel tiefer.
Wo greifen Hemmstoffe in den Ablauf der Atmungskette ein?
Hemmstoffe greifen an den Komplexen 1 bis 4 ein d.h. sie beeinflussen die an der Atmungskette beteiligten Enzyme und Carrier. Dadurch wird der Elektronenfluss beeinflusst oder gestoppt, so dass die oxidative Phosphorylierung verringert oder verhindert wird.
Wie ist die F0F1-ATPase aufgebaut? Unterscheiden Sie die F0- und F1-Untereinheit! Welche Strukturen sind statisch und welche rotieren? Erklären Sie den Zusammenhang zwischen den Zuständen der Bindungsstelle (O-, L- und T-Zustand) und den Verbindungen ADP + Pi bzw. ATP.
Die F0F1-ATPase wird angetrieben vom Protonengradienten:
- F0-Teil: Baumwurzel und Plattform mit Stüzpfeiler (Protonenkanal).
- F1-Teil: Baumstamm (Gamma-Einheit) mit Baumkrone (Alpha-/Beta-Einheiten).
- Die Gamma-Einheit dreht sich innerhalb der Baumkrone und wechselt so die Zustände der drei Beta-Untereinheiten:
- O: In der offenen Konformation wird ATP freigesetzt damit ADP + Pi andocken können.
- L: In der geschlossenen Konformation wird ADP + Pi gebunden und fixiert.
- T: In der T-Konformation sind ADP + Pi so stark gebunden, dass sie zu ATP synthetisieren.
Welche Bedeutung hat die Glyconeogenese?
- Speicherung von Reservestoffen (Energie).
- Notversorgung (Blutzucker) aus Aminosäuren und Glycerin.
- Gegenkraft zur Glykolyse: Mittel zur Steuerung des Kohlehydratmetabolismus.
Wieso ist die Gluconeogenese aus thermodynamischen Gründen nicht eine simple 1:1-Umkehrung der Glykolyse?
Das thermodynamische Gleichgewicht ist stark auf der Pyruvat-Seite resp. irreversibel (freie Energie = -147kJ/mol), d.h. die Rückreaktion der Glykolyse ist endergon und wird nicht selbständig ablaufen. Die Gluconeogenese muss über einen anderen Reaktionsweg ablaufen.
Wie werden Glykolyse und Gluconeogenese reguliert, damit ein kontrollierter "Einbahnverkehr" für Kohlenstoff resultiert?
Durch den allosterischen (nicht im aktiven Zentrum) Hemmer F2,6P2:
- Hohe F2,6P2-Konzentration fördert die Glycolyse, niedrige fördert die Gluconeogenese.
- Der F2,6P2-Pegel hängt von anderen Enzymen ab, die wiederum von Metaboliten reguliert werden. Diese Mehrstufigkeit, welche ein kleines Eingangssignal entscheidend verstärken kann.
Wie ist die SDH mit der Atmungskette verknüpft?
Die Succinatdehydrogenase (SDH) liegt an der inneren Membran der Mitochondrien und vermittelt so über FAD direkt zwischen Zitronensäurezyklus und Atmungskette:
- FAD ist kovalent an SDH gebunden.
- FAD wird im Zitronensäurezyklus reduziert.
- FADH2 wird durch Ubichinon in der Atmungskette oxidiert.
Wie kann man Mitochondrien oder andere Zellorganellen isolieren? Worauf muss an bei der Isolation von intakten Zellorganellen anchten? Wie ist das korrekte Vorgehen?
- Zerreiben in Sand in einer Lösung aus Saccharose und Kaliumphosphat
- Sieben und zentrifugieren zur Sedimentation der Mitochondrien/Zellorganellen.
- Ausgangsmaterial und Zwischenprodukte ständig kühlen, damit die Aminosäuren keinen Schaden nehmen.
Wie sind cyanogene Glykoside aufgebaut und wie wird daraus Blausäure freigesetzt? Welche Bedeutung haben sie für eine Pflanze?
Cyanogene Glykoside bestehen aus einem Alkohol, einem Kohlenhydrat und einer Nitrilgruppe. Bei der enzymatischen Spaltung entsteht Cyanwasserstoff (Blausäure), welche in Blättern gespeichert wird und Fressfeinde fernhalten soll: Bei Tieren bewirkt Blausäure eine Blockierung der Zellatmung indem es an Cytochrom C bindet und so den Elektronentransport zum Erliegen bringt. Der Energiemetabolismus des Tieres kommt zum Erliegen.
Gegeben ist ein Schema der Ethanolgärung:
- Benötigt der Prozess O2?
- Setzt der Prozess CO2 frei?
- Wie viel ATP erzeugt die Zelle damit?
- Welche Rolle spielen NADH + H+ und NAD+?
- Nein, benötigt kein Sauerstoff.
- Ja, im Gegensatz zur Milchsäuregärung wird CO2 freigesetzt.
- In der Gärung selbst wird kein ATP gebildet, nur in der vorgelagerten Glycolyse (2 ATP).
- Hauptzweck der Gärung ist die Regeneration von NADH + H+ zu NAD+. Dieses wird in der Glycolyse benötigt und muss in Gang gehalten werden.
Über welche Schritte wird Glucose im Körper abgebaut? Machen Sie eine Übersichtsskizze!
- Glykolyse: Glucose wird zu Pyruvat (Vorbereitung)
- Citratzyklus (Pyruvat wird zu Energie (ATP) und CO2)
- Oxidative Phosphorylierung (Aus FADH2 und NADH wird wieder ATP aufgebaut).
- Glykolyse: Ausserhalb der Mitochondrien im Cytoplasma wird Glucose zu Pyruvat und ATP umgesetzt. Dabei wird der Elektronentransporter NAD+ zu NADH beladen.
- Das Pyruvat gelangt in die Mitochondrien und in den Citratzyklus, der daraus ATP und CO2 umsetzt und wiederum NADH sowie FADH2 mit Elektronen belegt.
- Das in der Glykolyse und im Citratzyklus geladene FADH2 und NADH wird schliesslich in der oxidativen Phosphorylierung dank des reaktiven Elektronenakzeptors O2 wieder in Nutzbare Energie (ATP) umgesetzt.
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