Biochemie

Leben bedeutet Ordnung und benötigt Energie!

Leben“ beschreibt im biologischen Sinn die Fähigkeit von Systemen, sich als materielle Gebilde zu organisieren und selbstständig zu regulieren, in einen Energie- und Stoffwechsel mit der Umwelt zu treten, sich fortzupflanzen, zu wachsen und Differenzierungen innerhalb des Existenzraumes

Leben bedeutet von einem Zustand der Unordnung zu einem Zustand der Ordnung zu gelangen also von einem Zustand höherer Entropie zu einem Zustand niedrigerer Entropie.

Entropie nimmt bei Reaktionen zu

Beispiel: Glukose Verstoffwechselung -> Hochgeordnete Materie Glukose wird zu einer größeren Unordnung biochemisch, der Körper zieht dann Energie aus diesem Schritt

6x Sauerstoff + 1x Glukose -> 6 Co2 + 6 H20 

Die Enthalpie wird unter isobaren Bedingungen auch als Reaktionswärme bezeichnet. Sie wird mit ΔH_r abgekürzt. Sie ist die Energie, die ein System bei konstantem Druck als Wärme an die Umgebung abgibt oder entzieht

Lebende Systeme erreichen  nie energetisch stabile Zustände

Sind im Ungleichgewicht

chemotrophe Organismen benötigen Nährstoffe, die phototrophe Organsimen mithilfe der Lichtenergie der Sonne herstellen.

Unter Stoffwechsel versteht man den Transport und die chemische Umwandlung von Stoffen in einem Organismus. Bestimmte Moleküle werden auf eine definierte Weise in andere Moleküle umgewandelt.

 freie Enthalpie, oder auch Gibbs  Enthalpie, ist ein Maß für die Triebkraft eines Prozesses und wird mit dem Buchstaben G abgekürzt.

Exergone Prozesse sind spontan ablaufend dort ist die Gibbs Energie immer negativ

Endergone Prozesse laufen nie spontan ab sondern benötigen eine start Energie, hier ist die Gibbs Energie immer positiv. Die Endergone Reaktion ist also auf die exergone Reaktion angewiesen.

Die Aktivierungsenergie bezeichnet in der Chemie diejenige Energie, die einem Reaktionssystem zugeführt muss, damit die beiden Reaktionspartner eine chemische Reaktion durchlaufen.

Sie ist wichtig um Lebende Systeme aufrechtzuerhalten also das Ungleichgewicht zu wahren

In biologischen Systemen wird die Aktivierungsenergie für chemische Reaktionen charakteristischerweise durch Enzyme herabgesetzt. Diese fungieren im chemischen Sinne als Katalysatoren. Enzyme gehen unverändert aus der Reaktion hervor

Bewegung =für mechanische Arbeit

Transportprozess = Molekül von A nach B = Logistik

Metabolismus = Stoffwechsel = chemische Produktion

1. Stoffwechselwege sind streng reguliert

2. Stoffwechselwege sind energetisch gekoppelte Reaktionen

3. Universelle Energiewährung des Körpers =ATP ( wird durch Oxidation gewonnen)

4. Bei allen Stoffwechselwegen haben wir eine begrenzte Anzahl an Reaktionen und gemeinsamen Zwischenprodukte. Somit sehr effektiv gelöst

Adenosintriphosphat = 3x Phosphate besitzt viel Energie

ATP + Wasser reagiert zu ADP und P also Adenosindiphosphat und ein Phosphat

24h = ca. 50 kg ATP jedes ATP Molekül wird direkt nach der Bildung verbraucht im Moment liegt ca 200 g ATP im Körper vor.

Wird sehr häufig recycelt bis zu 300 Mal nach dem Verbrauch zu ADP wird mit einem P wieder ATP gebildet

1. ADP und P sind besser resonanzstabilisiert als ATP (Elektonenwolken sind besser delokalisiert als bei ATP)

2. ATP besitzt starke elektrostatische Abstoßungen im Molekül, dies wird in den Produkten vermindert.

3. ADP und P werden durch Anlagerung von Wassermolekülen besser stabiliert als ATP

Energieübertrag von ATP auf andere Moleküle der Zelle erfolgt in der Regel durch Übertragung chemischer Gruppen.

Zum Beispiel Glutamin Synthase

Ein Schritt Reaktion

Glutamat + NH3 und ATP zu ADP + P zu Glutamin 

Realer Ablauf ist die Zwei Schritt Reaktion

Phosphatgruppe lager sich an den Sauerstoff um die negative LAdung des Sauerstoffes zu delokalisieren. Aktivierungsenergie wird gesenkt. Somit kann dann die eigentliche Reaktion ablaufen.

Aufgeladen wird er durch Nahrung, welche wir zu uns nehmen.

In der Glukose ist weniger Energie als in der Fettsäure

dies lässt sich durch die C ATome im Molekül begründen.

NAD+ = Nicotinamid-Adenin-Dinucleotid -> wird + 2 E und + H zu NADH

FAD

NADP+ diese übertragen alle Elektronen = Nicotinamid-Adenin-Dinucleotidphosphat

Acyl-CoA ( CoA steht für Coenzym A)

Acetyl-CoA diese beiden übertragen C2 Fragmente

Aufnahme von Nährstoffen wie Fett, Polysaccharide und Proteine (Stufe 1 Verdauung also Glycolyse Stufe 1) -> Abbau von Biopolymere in Monomere (Resorption im Darm)

hier wird Energie verbraucht um in die nächsten Bausteine gespalten

Fett in Fettsäuren und Glycerin, Polysaccharide in Glucose und andere Zucker und Proteine in Aminosäuren

(Stufe 2 Zentrale Metabolite Glycolyse Stufe 2) kleiner Energiegewinn -> Umwandlung in Acetyl-CoA (kleine ATP Gewinnung)

(Stufe 3 oxidative Energieerzeugung) großer Energiegewinn (Haupternergieerzeugung)-> Citratzyklus und oxidative Phosphorylierung (große ATP Gewinnung)

In den Mitochondrien!! Energiekomplexe in unseren Zellen

Verbrennen mit Hilfe von Sauerstoff organische Verbindungen zu CO2 und Wasser

Regulation der Enzymmenge -> Änderung der Transkriptionsrate (langsam)

Regulation der Enzymaktivität -> Reversible Inhibition (schnell)

Regulation der Substratmenge -> Steuerung Substartfluss, hormonelle Induktion (schnell bis sehr schnell)

Das Acetyl Coa ist der Zentrale Energieträger überträgt C2 Gruppen und ist essentiell für den Citrat Zyklus (Treibstoff) 

Mithilfe von Sauerstoff wird Glukose umgewandelt.

ATP Verbrauch von Glucose zu Glucose-6-phospat  (Endergon = Energieverbrauch)

zu Fructose-6-phosphat danach unter ATP Verbrauch (Endergon = Energieverbrauch) zu Fruktose-1,6-bisphosphat

diese Fruktose-1,6-bisphosphat kann leicht in C3 Einheiten abgebaut werden. 

hier kann dann identisch weiter verfahren werden!!! Gutes System 

 Durch die Angelagerte Phosphatgruppe entsteht eine Ladung

1. verhindert Rückdiffusion durch den Glucosetransporter

2. verhindert Diffusion durch Plasmamembran

3. hält den Glukosekonzentrationsgradienten aufrecht

4. dient als Erkennungszeichen (recognition tag) für Enzym

Triosephosphatisomerase

kinetisch perfektes Enzym 

Glycerinaldehyd-3-phosphat

Glycerinaldehyd-3-phosphat  hier wird bei der Umwandlung 2 ATP (übertrag von Phosphat) gebildet und dies dank den 2 C3 Verbindungen 2x also 4 ATP

NAD+ nimmt außerdem Elektronen auf

also durch 2x C3 Verbindungen auch 2x

Somit haben wir in der Phase 2. 2x ATP verbraucht und in der Phase 2: 4 ATP produziert

also Netto 2 ATP 

und 2 NADH

Am Ende steht 2x Pyruvat

Cytoplasma

In der Evolution haben sich die Mitochondrein in den Körper eingelagert. Teils eigene DNA mitgebracht.  95% des ATPS wird in den Mitochondrien produziert

1 Glukose  -> 2 AC COA -> ca 20 ATP

Äußere Membran

Innere Membran

Matrixraum im inneren des Mitochodriums

Pyruvat als letzte Stufe der Glykolyse muss eingeschleust werden

Durch Pyrovat-Dehydrogenase dient als Tor und gneriert das wichtige Acetyl COA

Pyruvat wird umgewandelt in CO2 + Acetyl COA und NADH wird mit Elektronen beladen

Acetyl COA auch wieder ne C2 Verbindung dient als Treibstoff für den Citratzyklus