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Chemie

Biosynthese und Analytik - Kapitel 4

Kapitel 4

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Sprache Deutsch
Stufe Universität
Erstellt / Aktualisiert 15.01.2015 / 21.01.2015
Lizenzierung Namensnennung - Nicht-kommerziell -Weitergabe unter gleichen Bedingungen (CC BY-NC-SA)     (Mathias Schmid)
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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).
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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+)
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Nennen Sie drei Abbauwege für Pyruvat und erläutern Sie, unter welchen Bedingungen welcher Weg abläuft.

  1. Milchsäuregärung - Regeneration von NAD+ (Aufrechterhaltung der Glycolyse) in Abwesenheit von Sauerstoff. Pyruvat wird zu Lactat (sauer).
  2. Alkoholische Gärung - Regeneration von NAD+ (Aufrechterhaltung der Glycolyse) in Abwesenheit von Sauerstoff. Pyruvat -> Acetaldehyd (Kater) + CO2 -> Alkohol (Übertragung der Elektronen auf Pyruvat).
  3. Aerobe Oxidation (Citratzyklus und oxidative Phosphorylierung) - Falls genügend Sauerstoff verfügbar: Hohe ATP-Ausbeute!
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Welche Faktoren beeinflussen die Gärung?

  • Gärungsbilanz/Redoxbilanz zwischen Gärprodukten und Substraten muss ausgeglichen sein.
  • Vorhandensein von Sauerstoff.
  • Zusammenspiel der benötigten Mikroorganismen.
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Wie funktioniert der Citratzyklus schematisch, welches sind seine Hauptprodukte und was ist seine Hauptaufgabe bei der aeroben Dissimilation?

Schematischer Ablauf:

  1. Pyruvat (C3) wird zu Acetyl-CoA (C2) unter Abspaltung von CO2
  2. Acetyl-CoA tritt in den Kreislauf ein (-> C6) und wird in zwei Schritten oxidiert (C5 + CO2 -> C4 + CO2)
  3. 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.
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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:

  1. NADH wird am Komplex 1 oxidiert.
  2. FADH2  wird am Komplex 2 oxidiert.
  3. Die Elektronen fliessen anschliessend über Ubichinon zum Komplex 3 in den Intermembranraum.
  4. Die Elektronen fliessen anschliessend über Cytochrom C zum Komplex 4, wo sie auf O2 übertragen werden.
  5. Dies alles führt zu einem elektrochemischen Gradienten, der die ATP-Synthese antreibt.
  6. Die F1F0-ATPase nutzt den Gradienten zur Synthetisierung von ATP aus ADP.
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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.

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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.