Biochemie

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

sammelt energiereiche Elektronen der Nährstoffe und transferiert sie auf Elektronencarrier wie NADH und FADH₂

_{wandelt C2 Einheit in 2x CO2 um}

_{hier entsteht nur ein Molekül ATP}

_{aber 3 NADH}

und FADH₂

also pro Glukose läuft der Citratzyklus 2x ab

also 2 ATP + 6x NADH + 2x FADH₂

wird benötigt um einen Protonengradienten aufzubauen dient quasi als Batterie!!

Protonen werden innerhalb der Mitochondrien von der Matrix durch die Innere Membran in den Intermembranraum gepumpt, also wenn man so will zwischen beide Membranen. somit entsteht ein elektrochemisches Gefälle H+ (elektronisch) und chemisches Gefälle mehr H im intermembranraum.

Das Gefälle wird von der ATP-Synthase genutzt um ATP zu erzeugen!!!

Netto Energiebilanz

Aus 1 Molekül Glukose entstehen über 10x NADH und 2x FADH₂ am Ende 30 Moleküle ATP!!!

Elektronentransportkette ! innerhalb der Mitochondrien genauer innere Membran 

4 Proteinkomplexe in der Membran integriert. Das NADH dient im 1. als ANtrieb, also die ELektronen auf dem NADH

Beim zweiten FADH₂ als Antrieb danach über Ubichinon zum dritten Komplex dann über Cyctochrom c vom dritten zum vierten Proteinkomplex

Alle 4 Proteinkomplexe pumpen Protonen in den Intermembranraum

Q/QH₂ = Coenzym Q oder Ubichinon gennant oxidiert und reduziert

(Ringform  mit längerer Kette)

CyC = Cytochrom C ist ein Metalloprotein

große Proteinstruktur 3 wertiges Eisen also Fe 3+ nimmt Elektron auf und wird zu Fe 2+

Beides fest in der inneren Membran integrierte Elektronencarrier

Atmungskette + ATP Synthase 

Warum? Sauerstoff wird am Ende benutzt um ADP zu phosphorylieren

Es braucht hydrophope Elektronencarrier wie COENZYM Q ( UBICHINON ) 

und 

CYTOCHROM C (Protein mit Eisen-Häm Komplex)

reduziert Nebenreaktionen

erhöht Transportgeschwindikeit

Transport über längere Distanz

40

1. Übertragung zweier Elektronen von NADH auf FMN

2. Übertragung zweier Elektronen auf Eisen-Schwefel-Cluster und Weiterleitung

Danach treffen diese Elektonen im Protein auf das Ubichinon dort wird dieses beladen somit wird es auch negativ. Nebenan sind Aminosäuren fest verankert, welche neagtiv sind somit wird das Ubichinon abgestoßen und somit bewegt. Also die Konformation wird somit vom Ubichinon geändert. Dies passiert aber nicht nur bei einer Aminosäure sondern auf dem ganzen Transportweg.

Pks Wert der Aminosäure wird geändert somit können diese H+ aufnehmen also der PKS Wert sinkt. 

2 Elektronen produzieren 4 Protonen

Hier kommt das beladene Ubichinon an und nun kommen hier nochmal 2 elektronen vom NADH2 dazu und geht weiter zum Komplex 3 

4 Elektronen aus Komplex 1 und 2 werden genutzt um Protonen zu pumpen 4 STück

Elektronen sind nicht ganz verloren und werden weitergeleitet auf cytochrom c welches nun zum komplex 4 wandert

katalysiert Elektronentransport von Cytochrom c auf molekularen Sauerstoff dabei entsteht Wasser

4 Protonen in den intermembranraum

+ 4 Protonen werden aufs Wasser übertragen

also 2 Wassermoleküle

Insgesamt werden 8 Protonen entfernt

somit ist der Schrittg auch essentiell für den chemischen Gradienten

für die Translation (von RNA zu Aminosäuresequenz) benötigt es tRNA. tRNA ist ein Stück RNA, welches aufgrund von WAsserstoffbrücken zwischen den komplementären Basen innerhalb des Strangs eine spezifische Struktur ausbildet. AUßerdem besitzt die tRNA ein sogenanntes Anticodon und eine Bindungsstelle für Aminosäuren.

Anticoden der tRNA bindet spezifisch an ein Basentriplet der mRNA --> für jedes mRNA Triplet gibt es die passende tRNA

Anlagestelle für Aminosäure bindet eine bestimme AS mithilfe der Aminoacyl-tRNA-Synthetase; tRNA transportiert AS 

mit Hilfe des Enzyms Aminoacyl-tRNA-Synthetase

Enyzm hat aktivs Zentrum für AS, ATP und tRNA

AS und ATP binden an Enzym und ein Phosphat wird auf die AS übertragen welche dadurch aktiviert ist. Dann bindet tRNA an das Enzym und wird mit der AS verknüpft. die nun mit der passenden AS beladene tRNA nennt man Aminoacyl-tRNA.

An den Ribosomen. --> große Proteinkomplexe aus einer kleinen und einer großen Untereinheit, an denen mRNA und tRNA binden können. Sie besitzen drei Bindungsstellen für tRNA: A, P, E

Ablauf am Ribosom:

mRNA Strang bindet an kleine Untereinheit. Durch komplementäre Basentriplets bindet passende tRNA mit AS an A-Bindungsstelle und rückt weiter zu P. Nächste tRNA+AS bindet entsprechend des nächsten Triplets der mRNA an A und Peptidbindung´zw. beiden AS wird katalysiert. Beide tRNA rücken eine Position weiter (A-->P und P-->E) und eine neue tRNA+AS bindet an nun freie A-Bindungsstelle. tRNA in Position E ist nun ohne AS und verlässt Ribosom. dieser Ablauf geschieht solange, wie die mRNA vorgibt. Dadurch wächst eine Kette an AS (Polypeptidstrang) in der Mitte über Position P, welchre das Ribosom über einen Kanal verlässt.