A1 - Energiestoffwechsel Überblick

Question 1

1 Was verteht man unter energetischer Kopplung?

Answer 1

Unter energetischer Kopplung versteht man ein Verbindung zweier Porzesse, bei der ein Prozess die Energie liefert, die den anderen Prozess ermöglicht!

Question 2

2 Welche ganz bestimmte chemische Reaktion liefert bei fast allen Lebensvorgängen die nötige Energie?

Answer 2

Die Hydrolyse von Adenosintriphosphat (ATP) A 1.1

Question 3

3 Nenne ein einfaches Bsp. für die energetische Kopplung biochemischer Prozesse an die Hydrolyse von ATP:

Answer 3

• die Reaktion von Glucose mit Phosphat (Glucose wird phosphoryliert) - nicht spontan möglich, da der Energiegehalt von Glucose-6-Phosphat HÖHER ist als der von Glucose und Phosphat-Ionen - Energie muss also zugeführt werden (diese stammt dann eben aus der Hydrolyse des ATP) A 1.2

Question 4

4 Was ist der der zentrale und entscheidende Energieträger aller Organismen?

Answer 4

ATP

Question 5

5 Um welche beiden Fragen dreht sich prinzipiell die ganze Biochemie?

Answer 5

1. Wie wird ATP produziert? 2. Wie wird ATP von den Zellen des Körpers genutzt?

Question 6

6 Wieviel ATP produziert und hydrolysiert ein Mensch pro Tag?

Answer 6

ca. 70 kg ATP (ergibt sich durch die hohe Synthese- und Hydrolysegeschwindigkeit) - Konzentration bleibt konstant bei 3-4 mmol/ l = Gesamtmenge im Körper ca. 50g (pro Minute ca. einmal vollständig ausgetauscht)

Question 7

7 Aus welchen zwei Teilen besteht ATP?

Answer 7

• Adenosin - Triphosphat A 1.3

Question 8

8 Welche Gruppe im ATP ist einzig entscheidend für die Funktion im Energiestoffwechsel?

Answer 8

Triphosphatgruppe

Question 9

9 Wozu dient der Adenosin-Teil im ATP?

Answer 9

als molekularer “Handgriff” durch den der Triphosphatrest für Zellen handhabbarer wird (z.B. Proteine die den Adenosin-Teil spezifisch binden und dann transportieren können)

Question 10

10 Wie ist die Triphosphatgruppe im ATP mit dem Adenosin verbunden?

Answer 10

Über eine Esterbindung

Question 11

11 Wie sind die drei Phosphatatome der Triphosphatgruppe im ATP untereinander verbunden?

Answer 11

Durch Anhydritbindungen A 1.4

Question 12

12 Die Hydrolyse von ATP erfolgt in wieviel Schritten?

Answer 12

in zwei Schritten: ATP-> ADP-> AMP - alternativ kann eine Diphosphatgruppe (= Pyrophosphat) abgespalten werden: ATP-> AMP A 1.4

Question 13

13 Welche Verbindung ist das? A 1.5

Answer 13

Pyrophosphat

Question 14

1 Was versteht man unter energetischer Kopplung?

Answer 14

Unter energetischer Kopplung versteht man eine Verbindung zweier Prozesse, bei der ein Prozess die Energie liefert, die den anderen Prozess ermöglicht. A 1.1

Question 15

14 Welche Rolle im Energiestoffwechsel spielt die Spaltung der Esterbindung im ATP?

Answer 15

Keine!

Question 16

15 Welche Energie wird bei der Hydrolyse einer Anhydritbindung der Triphosphatgruppe des ATP unter Standardbedingungne frei?

Answer 16

-30,5 kJ/ Mol (unter physiologischen Bedingungen sogar -50 kJ/Mol)

Question 17

16 Welche Faktoren sind für die Hydrolyse-Energie des ATP verantwortlich?

Answer 17

1.) bessere Mesomeriestabilisierung der freien Phosphat-Ionen (= gleichmäßiger Verteilung der Elektronen, also energetisch günstiger als in der Triphosphatgruppe) 2.) Umwandlung von Abstoßungskräften in freie Energie (Triphosphatgruppe hat 4 negative Ladungen, die sich gegenseitig abstoßen, d.h. mit jeder Abspaltung entfällt ein Teil de Abstoßungskräfte, ähnlich einer sich entspannenden Metallfeder)

Question 18

17 Wo entstehen 90% des ATPs?

Answer 18

In den Mitochondrien - ADP und Phosphat werden aufgenommen, daraus wird ATP regeneriert und wieder ans Zytosol abgegeben

Question 19

18 An welchem Proteinkomplex findet innerhalb der Mitos die ATP-Synthese statt?

Answer 19

• an der ATP-Synthase

Question 20

19 Was kennzeichnet die ATP-Synthase?

Answer 20

• hier findet die ATP-Synthese statt - EM-Bild wie großer “Laubbaum” mit angelehnter Leiter - Wurzel: F0-Teil (in der Mito-Innenmembran verankert) - Stamm: Stiel der ATP-Synthase (ragt in Matrix) - Baumkrone: F1-Teil (ragt in Matrix) - Leiter: Stator (ragt in Matrix) A1.7

Question 21

20 Was ist der F1-Teil der ATP-Synthase?

Answer 21

• “Baumkrone” - Sitz der 3 katalytischen Zentren (binden ATP und Phosphat) - kann sich nicht mitdrehen, da von der “Leiter” (Stator) festgehalten wird - die Rotation des F0-Teiles dreht den Stamm und löst im F1-Teil eine Konformationsänderung aus, durch die aus ADP und Phosphat ATP gebildet wird und dann in die Matrix freigesetzt wird! A1.7

Question 22

21 Wozu dient der F0-Teil der ATP-Synthase?

Answer 22

Als Rotor

Question 23

22 Wie wird Glucose gespeichert?

Answer 23

• In Form von Glykogen (Leberzellen) - im EM-Bild als Glykogenrosetten sichtbar A 1.6

Question 24

23 Was strömt durch den F0-Teil der ATP-Synthase?

Answer 24

• Protonen strömen in die Matrix - die Energie die im ATP gespeichert wird stammt aus diesem Protonenfluss (Protonen setzen den Rotor in Bewegung)

Question 25

24 Woher stammt die Energie mit der die Protonenden den Rotor im F0-Teil der ATP-Synthase in Bewegung setzen?

Answer 25

1.) beim Einstrom in die Matrix folgen die Protonen einem Konzentrationsgefälle 2.) Matrix ist relativ zum Intermembranraum elektrisch negativ geladene, positiv geladene Protonen werden somit angezogen!

Question 26

25 Was ist die Haupttätigkeit der Atmungskette?

Answer 26

Protonen gegen den Protonengradienten von der Matrix in den Intermembranraum zu pumpen über verschiedene Proteinkomplexe

Question 27

26 Woher stammt die Energie für den Protonen-Pumpvorgang in der Atmungskette?

Answer 27

Die Energie wird dem Fluss von Elektronen durch die Komponenten der Armungskette entnommen: - größter Teil der Elektronen wird von NADH in Komplex I abgegeben - einige Elektronen (Quereinsteiger) werden vom reduzierten FADH2 auf Komplex II übertragen

Question 28

27 Was passiert grob im letzten Komplex der Amtungskette?

Answer 28

• Elektronen werden auf molekularen Sauerstoff (O2) übertragen, das in H2O gelöste Molekül zerfällt sehr schnell und aus dem Wasser der Umgebung werden sofort mehrere Protonen aufgenommen und somit entsteht aus dem einen O2 nun zwei H2O-Moleküle - mehrer 100 ml Wasser entstehen so täglich in den Mitos

Question 29

28 Was ist die Atmungskette?

Answer 29

Eine elektrisch betriebene Protonenpumpe

Question 30

29 Welchem Weg folgen die Elektronen durch die Atmungskette?

Answer 30

Sie folgen dem Weg einer elektrischen Spannungsdifferenz ^E zwischen dem NADH und dem O2 (auch zwischen FADH2 und O2 -> die Spannugnsdifferenz hier ist aber geringer, weil auch der Weg von Komplex II zum O2 kürzer ist!)

Question 31

30 Sauerstoff ist ein gutes…

Answer 31

Oxidationsmittel, d.h. O2 nimmt leicht Elektronen auf und etwas anderes wird quasi oxidiert!

Question 32

31 Woraus ergibt sich die elektrische Spannungsdifferenz zwischen NADH (FADH2) und O2?

Answer 32

• NADH und FADH2 geben leicht Elektronen ab und - O2 nimmt leicht Elektronen auf (gutes Oxidationsmittel)

Question 33

32 Wie groß ist die Spannungsdifferenz zwischen NADH und Sauerstoff in der Atmungskette unter physiologischen Bedingungen?

Answer 33

1,1 V

Question 34

33 Wie gelangen die von der Matrix in den Intermembranraum gepumpten Protonen in der Armungskette zurück in die Matrix?

Answer 34

Durch den F0-Teil der ATP-Synthase A 1.8

Question 35

34 Woher kommt der Sauerstoff in der Atmungskette?

Answer 35

Das ist der Sauerstoff der mit der Atemluft aufgenommen wurde, daher der Name Armungskette!

Question 36

35 Warum muss der Mensch Sauerstoff hauptsächlich einatmen?

Answer 36

• Damit der Sauerstoff die Elektronen der Atmungskette aufnehmen kann - nur solange in den Mitos genügend Sauerstoff ist, können Elektronen durch die Armungskette fließen und somit Energie bereitstellen zum Aufbau des Protonengradienten, der die ATP-Synthese antreibt.

Question 37

36 Wozu wird der eingeatmeter Sauerstoff NICHT verwendet, wozu wird er verwendet?

Answer 37

• NICHT zur Bildung von ausgeatmetem CO2 - zur Bildung von H2O in den Mitochondrien!

Question 38

37 Woher stammen die Elektronen die zum Betrieb der Atmungskette benötigt werden?

Answer 38

Aus der Nahrung - Elektronen sind aus Sicht des Energiestoffwechsels die einzig relevanten Bestandteile der Nahrung - von welchem Nahrungsmittel sie stammen ist unerheblich - wie sie herausgelöst und der Atmungskette zugeführt werden ist von biochemischer Relevanz

Question 39

38 Welche drei Gruppen von Nahrungsmitteln dienen als Quelle der Elektronen für die Armungskette?

Answer 39

• Kohlenhydrate - Fette - Proteine (Eiweiße) (=werden alle durch Entzug von Elektronen zu wertlosen Reststoffen abgebaut und letztlich fast vollständig zu CO2 oxidiert -> Abatmung) A 1.9

Question 40

39 Als kurzfristiger Energiespeicher dient dem Organismus primär welches Kohlenhydrat?

Answer 40

• Glykogen (in Leber und Muskulatur aus Glucose synthetisiert)

Question 41

40 Als längerfristiger Energiespeicher dient dem Organismus was?

Answer 41

• Fette (Triacylglycerine)

Question 42

41 Wie heißt der Abbauprozess via Oxidation von Fettsäuren zu Acetyl-CoA?

Answer 42

ß-Oxidation

Question 43

42 Wie heißt der Abbauprozess via Oxidation der Kohlenhydrate?

Answer 43

Glykolyse

Question 44

43 Zu was werden Kohlenhydrate in der Glykolyse abgebaut (oxidiert)?

Answer 44

zu Pyruvat

Question 45

44 Worüber läuft der Abbauprozess via Oxidation von Pyruvat?

Answer 45

Über die PDH

Question 46

45 Zu was wird Pyruvat durch die PDH abgebaut?

Answer 46

zu Acetyl-CoA

Question 47

46 Wie nennt man den Prozess in dem Acetyl-CoA zu CO2 abgebaut (oxidiert) wird?

Answer 47

Citratzyklus

Question 48

47 Wo fließen die Abbauprodukte von Aminosäuren (Proteine) ein?

Answer 48

• Pyruvat - Acetyl-CoA - Citratzyklus allgemein