Biologische Oxidation Flashcards
Nenne wichtige biochemische Redoxpaare!
- Chinon/Hydrochinon: Bspw. als Ubichinon Q10 bei der Zellatmung [s. u.: Atmungskette]
- FAD/FADH2: Vorkommen: Im Körper i. d. R. eingesetzt als Redoxmittel; z.B. im Citratzyklus, s.u.
- NAD+/NADH: Vorkommen: Im Körper i. d. R. eingesetzt als Redoxmittel; z.B. in der Atmungskette
- Cytochrom C: Ein kleines Protein der mitochondrialen Atmungskette, das bei deroxidativen Phosphorylierung eine entscheidende Rolle als Elektronentransporter spielt.
Warum brauchen wir den Stoffwechsel?
- Potentielle Energie: An 1. Stelle steht die Aufnahme der Nährstoffe in den Körper. Diese werden auch als potentielle Energie bezeichnet. Hierbei handelt es sich bspw. um komplexe Moleküle wie Zucker und Fette oder auch Sonnenlicht
- Umwandlung: Nach der Aufnahme der Nährstoffe als potentielle Energie kann der Körper unterschiedliche Leistungen erbringen, indem er Energieumwandlung betreibt:
- Chemische Umwandlung in Zellen:
- Durch chemische Umwandlungen in der Zelle kann die aufgenommene potentielle Energie genutzt werden für:
- Die chemische Synthese von Stoffen
- Mechanische Arbeit der Zelle (bspw. zur Migration fähige Zellen)
- Aufrechterhaltung bzw. Schaffung osmotischer und elektrischer Gradienten
- Erzeugung von Licht
- Übertragung genetische Informationen
- Durch chemische Umwandlungen in der Zelle kann die aufgenommene potentielle Energie genutzt werden für:
- Wärme:
- Durch Umwandlung der potentiellen Energie kann Wärme erzeugt werden
- Im Stoffwechsel entstehen Verbindungen, die einfacher sind als die ursprünglichen energiereichen Moleküle. Hierbei handelt es sich um CO2, NH3, H2O, HPO42. Hierdurch erhöht sich die Unordnung (Entropie) in der (Zell-)Umgebung.
- Im System (~= Der Zelle) nimmt die Unordnung (Entropie) ab: Aus einfachen Verbindungen entstehen durch Energieumwandlung informationsreiche Makromoleküle: DNA, RNA, Proteine.
- Chemische Umwandlung in Zellen:
Wie wird die Energie gewonnen?
- Durch den Abbau von Nährstoffen (Proteine, KH, Fette) wird chemische Energie gewonnen
- Die Nährstoffmoleküle werden umgewandelt: Durch Polymerisierung werden aus Monomeren2 Makromoleküle [Bsp.: AS werden zu Proteinen]
- Dies ermöglicht außerdem die Synthese und den Abbau zellspezifischer Moleküle, bspw. Membranlipide oder Botenstoffe
Welche Reaktionstypen kommen beim Stoffwechsel vor?
sowohl spontan verlaufende als auch enzymkatalysierte Reaktionen
Welche spezifischen Veränderungen gibt es beim Stoffwechsel?
Die für den Stoffwechsel nötige Umwandlung chemischer Stoffe wird durch die Entfernung, Addition und Übertragung funktioneller Gruppen gewährleistet
Welche Prozesse umfasst der Stoffwechsel?
- anabole Prozesse -> Aufbau von Speichermolekülen & zellulären Baustoffen
- katabole Prozesse -> Energiegewinnung
- zwischen diesen Hauptstoßrichtungen gibt es zahlreiche Verknüpfungen -> intermediärer Stoffwechsel: effiziente, flexible Nutzung chem. Ressourcen im Organismus
Was ist Katabolismus?
Was ist Anabolismus?
- Endergon: Der Anabolismus ist ein endergoner Prozess [ΔG > 0: Endergon]
- Def.: Prozess, der nicht freiwillig abläuft und Energie aufnimmt Vorkommnisse
- Verwendung von Vorläufermolekülen (= Stoffwechselzwischenprodukte = Intermediate = Metabolite, vgl. o.): Aminosäuren, Zucker, Fettsäuren, Stickstoffbasen
- Ablauf des Anabolismus + Resultat:
- Redoxpaare: Mithilfe von Redoxpaaren (ADP + HPO4-2/ATP; NAD+/NADH; NADP+/ NADPH; FAD/FADH2) finden auch die anabolen Stoffwechselvorgänge statt
- Resultat: Zelluläre Makromoleküle: Proteine, Polysaccharide, Lipide, Nucleinsäuren
Wie sind Katabolismus und Anabolismus im Stoffwechsel verknüpft?
- über Metabolite
- Redoxpaare(=Elektronentransporter): Zusammenhang durch gemeinsame, in andere Richtung stattfindende Verwendung von Redoxpaaren
- Bsp.: ATP
- Katabolismus -> Phospholierung ATP
- Anabolismus -> Bildung ADP durch nutzen der Energie von ATP
- Bsp.: ATP
Welche Rolle hat Acetyl-CoA im Stoffwechsel?
Zentrale Rolle -> Verknüpfung Katabolismus & Anabolismus
- Katabolismus (konvergenter Katabolismus) :
- Hauptbrennstoffe (KH, Proteine, Fette) über versch. Wege zu Knotenpunkt Acetyl-CoA -> deshalb hier Katabolismus “konvergierend”
- via Acetyl-coA sämtliche Stoffwechselwege -> Citratzyklus
- Anabolismus (divergenter Anabolismus):
- Acetyl-CoA = Ausgangsmetabolit für große Anzahl anaboler Stoffwechselwege -> “divergent”
Wie wird der Stoffwechsel reguliert?
Was ist eine Oxidation?
- Abgabe von Elektronen
- Oxidationszahl (s. u.): Steigt, wenn ein Stoff oxidiert wird
- Oxidationsmittel: Ein Stoff, der andere Stoffe oxidiert und dabei selbst reduziert wird
Was ist eine Reduktion?
- Aufnahme von Elektronen
- Oxidationszahl (s. u.): Sinkt, wenn ein Stoff reduziert wird
- Reduktionsmittel: Ein Stoff, der andere Stoffe reduziert und dabei selbst oxidiert wird
Was ist eine elektrochemische Redoxkette?
- Redoxreaktionen, bei denen das Reduktions- oder Oxidationsmittel eine Elektrode (keine chem. Verbindung) ist
- einfachste chemische Anordnung: Kontakt zw. 2 Stoffen mit unterschiedlichen Redoxpotentialen (Bsp.: Korrosionsschutz)
- Abbildung:
- Zeile 1: Oxidation von H2
- H2 ist somit Elektronendonator -> Reduktionsmittel
- Zeile 2: Reduktion von 2Fe3+
- 2 Fe3+ ist somit Elektronenakzeptor -> Oxidationsmittel
Erkläre eine elektrochemische Zelle!
= elektrochemische Anordnungen mit Aufbau siehe Bild, in denen redoxreaktionen freiwillig ablaufen (galvanisches Element) o. in denen Ernergie gespeichert wird (Akkus)
- Reduktionsprozess & Oxidationsprozess = räumlich voneinander getrennt
- Allg. Aufbau:
- Oxidationshalbzelle: Halbzelle, in der die Oxidation stattfindet. Auch Anode genannt.
- Reduktionshalbzelle: Halbzelle, in der Reduktion stattfindet. Auch Kathode genannt.
- Im Experiment: Z.B. zwei Bechergläser (= Halbzellen), jeweils mit verschiedenen Metallelektroden und Elektrolytlösungen
- Elektrode: Auf der Oberfläche der Elektrode läuft die elektrochemische Reaktion ab
- Elektroden sind elektrisch leitend miteinander verbunden, um den Stromkreis zu schließen
- Ladevorgang: Pluspol = Anode, Minuspol = Kathode
- Entladevorgang: Pluspol = Kathode, Minuspol = Anode
- Elektrolyt: Sazlösung aus Kationen und Anionen
- Anionen:
- Ladungsausgleich während der Reaktion
- I. d. R. in beiden Halbzellen gleich
- Bewegen sich zwischen den beiden Halbzellen über eine semipermeable Membran oder eine Salzbrücke
- Sind an der elektrochemischen Reaktion nicht beteiligt!
- Kationen:
- Produkte bzw. Edukte der elektrochemischen Reaktion [Sind also an der elektrochemischen Reaktion beteiligt]
- I. d. R. in beiden Halbzellen unterschiedlich
- Können sich nur innerhalb der beiden Halbzellen bewegen
- Anionen:
Erkläre das Galvanische Element!
Was ist die elektrochemische Spannungsreihe?
Erkläre die Nernst-Gleichung!
Was sind Oxidationszahlen?
Was sind vor allem Oxidationen und Reduktionen in der Biochemie?
Nenne wichtige Elektronencarrier!
Wie sieht NAD+ aus?
Wie funktioniert NAD+/NADH als Elektronencarrier?
Was sind Flavinnucleotide?
Wie funktioniert der Elektronentransfer mit Flavinnucleotiden?
Was sind Oxidoreduktasen?
Was sind Dehydrogenasen?
Was sind Oxidasen?
Was sind Hydroperoxidasen?
Was sind Dioxygenasen?
Was sind Monooxygenasen?
Nenne ein Beispiel für eine Dioxygenase?
Nenne ein Beispiel für eine Monooxygenase!
