Glykolyse, Citratzyklus, Atmungskette Flashcards
Wozu dient die Zellatmung? Aus welchen Schritten besteht sie?
Die Zellatmung dient der Energiegewinnung aus der Nahrung, bzw. korrekt: der Umwandlung der chemischen Energie aus der Nahrung in chemische Energie in Form von ATP. Die chemische Energie aus ATP kann dann für energiebenötigende Stoffwechselprozesse genutzt werden.
Die Zellatmung lässt sich in 3 Schritte unterteilen: Glykolyse, Citratzyklus, Atmungskette.
Wo findet die Glykolyse statt? Was ist das Eingangs- und was das Ausgangsprodukt? Wie viel ATP entsteht hierbei?
Die Glykolyse findet als einziger Schritt im Zytoplasma statt, und nicht im Mitochondrium.
Bei der Glykolyse wird ein Glucosemolekül in zwei Teile (Pyruvat) gespalten.
Bei der Glykolyse werden 2 ATP gewonnen. Genau genommen werden 2 ATP bei der Glykolyse benötigt und 4 gewonnen, „netto“ bleiben daher 2 ATP übrig.
Beschreibe die ersten drei Schritte der Glykolyse.
Im ersten Schritt wird Glucose zu Glucose-6-Phosphat umgewandelt, indem ein ATP eine Phosphatgruppe an Glucose überträgt und dabei zu ADP wird. Hierbei wird also das erste ATP-Molekül verbraucht.
Im zweiten Schritt wird Glucose-6-Phosphat zu Fructose-6-Phosphat umgewandelt. Da sie Isomere sind, ändert sich hier nichts an der Summenformel, es ist also nichts hinzu- oder weggekommen.
Im dritten Schritt wird ein weiteres Phosphat an Fructose drangehängt, hier wird also das zweite ATP-Molekül verbraucht. Fructose-6-Phosphat wird zu Fructose-1,6-biphosphat (man kann auch bisphosphat sagen).
Was geschieht mit Fructose-1,6-biphosphat während der Glykolyse?
Dann wird das Fructose-1,6-bP in zwei Teile gespalten. Diese beiden Teile werden über mehrere Umwege (die Schritte solltest du auswendig lernen!) beide zu Pyruvat umgewandelt.
Was geschieht mit Pyruvat im Zustand aerober Energiegewinnung?
Wenn die Zelle im Zustand aerober Energiegewinnung ist, also genug Sauerstoff vorhanden ist, wird die Glykolyse hier beendet und Pyruvat tritt seinen weiteren Weg Richtung Citratzyklus und Atmungskette an.
Welche Rolle spielen Wasserstoff, Elektronen und Transportmoleküle bei der Glykolyse?
Bei der Glykolyse werden Wasserstoffatome auf „Transportmoleküle“ übertragen. Die Hauptrolle spielen dabei aber die Elektronen der Wasserstoffmoleküle, weshalb man auch von Elektronentransportern spricht, eigentlich werden aber die H-Atome transportiert.
Die Transportmoleküle sind NAD+, welches 2 H-Atome aufnehmen kann und dann zu NADH + H+ wird (NAD+ nimmt ein H-Atom komplett auf und aus dem zweiten das Elektron, wodurch es zu NADH wird, vom zweiten H-Atom ist dann noch ein H+ übrig, so kommt es hin).
Diese Transportmoleküle übertragen im letzten Schritt der Zellatmung (Atmungskette) den Wasserstoff auf Sauerstoff, wodurch Wasser entsteht und die frei werdende Energie zur weiteren ATP-Gewinnung genutzt werden kann.
Glykolyse: was geschieht im Zustand anaerober Energiegewinnung?
Unter anaeroben Bedingungen können
die Transportmoleküle von Wasserstoff diesen am Ende nicht an Sauerstoff abgeben. Dadurch bleiben sie „besetzt“ und wenn alle besetzt sind, können sie keinen weiteren Wasserstoff aufnehmen, die Glykolyse kann nicht weiter stattfinden. Sie können nämlich nicht ständig neu gebildet werden.
Außerdem kann die Zelle Pyruvat nicht weiter verarbeiten, da bei der weiteren Verarbeitung noch mehr Wasserstoff anfällt, der nicht an Sauerstoff abgegeben werden kann. Die Zelle löst dieses Problem, indem sie die H-Atome aus den Elektronentransportern einfach aufs Pyruvat überträgt, das sie ja eh nicht nutzen kann.
Hierbei entsteht Laktat, das Anion der Milchsäure. Laktat wird dann ans Blut abgegeben und kann später wieder zu Pyruvat umgewandelt werden, die Reaktion ist also reversibel.
Wie läuft die aerobe Energiegewinnung bei roten Blutkörperchen ab?
Erythrozyten (rote Blutkörperchen) haben keine Mitochondrien und können daher nur anaerobe Energiegewinnung betreiben.
Was geschieht bei der Pyruvatdehydrogenase-Reaktion?
Noch vor dem Citratzyklus wird Pyruvat in einem Schritt weiterverarbeitet. Das Enzym „Pyruvatdehydrogenase“ spaltet ein CO2 aus dem Pyruvat ab, wodurch aus dem Pyruvat (mit 3 C-Atomen) nur noch 2 C-Atome übrig bleiben.
Der Rest vom Pyruvat wird als „Acetylgruppe“ bezeichnet und auf ein Transportmolekül, das Coenzym-A übertragen. So entsteht Acetyl-CoA.
Bei der Pyruvatdehydrogenase-Reaktion wird außerdem wieder ein NAD+ zu NADH + H+ beladen.
Die Reaktion findet im Mitochondrium statt. Acetyl-CoA kann dann in den Citratzyklus eingeschleust werden.
Was ist der Citratzyklus? Wo findet dieser statt?
Der Citratzyklus, auch Zitronensäurezyklus oder Krebs-Zyklus (nach dem Entdecker), ist ein Kreislauf biochemischer Reaktionen, bei dem am Ende der gleiche Stoff wie am Anfang steht. Sie findet im Inneren der Mitochondrien, der Mitochondrienmatrix statt.
Welche Stoffe entstehen im Laufe des Citratzyklus? Mit welchem Merksatz lassen sich diese einprägen?
Citrat (Zitronensäure), Isocitrat, α-Ketoglutarat, Succinyl-CoA, Succinat, Fumarat, Malat, Oxalacetat
Merksatz: Zitronen im Koma sind super für meine Oma.
Beschreibe die wichtigsten Aspekte des Citratzyklus.
Der Acetylrest von Acetyl-CoA wird auf Oxalacetat übertragen, wodurch es zu Citrat wird. Nach einigen Reaktionen steht wieder Oxalacetat für den nächsten „Kreislauf“ zur Verfügung.
Im Citratzyklus werden mehrere Wasserstoffatome auf NAD+ übertragen, außerdem gibt es hier einen neuen Elektronentransporter, FAD, der auch zwei Wasserstoffatome aufnimmt und zu FADH2 wird.
In einem Umlauf werden zwei CO2 freigesetzt und damit genau zwei C-Atome wieder abgegeben, nachdem mit Acetyl-CoA zwei C-Atome eingeschleust wurden.
Es entsteht aus GDP (Guanosindiphosphat) und Phosphat ein GTP (Guanosintriphosphat), was sehr ähnlich zu ATP ist und in ATP umgewandelt werden kann.
Der Kreislauf findet einmal pro Acetyl-CoA statt. Da aus einem Glucose zwei Pyruvat werden, und aus jedem Pyruvat ein Acetyl-CoA, ergibt ein Glucose zwei Acetyl-CoA, der Citratzyklus läuft also pro Glucosemolekül zweimal ab, je Acetyl-CoA einmal.
Fasse kurz die Atmungskette zusammen.
Die Atmungskette, auch Endoxidation oder Elektronentransportkette genannt, findet in der inneren Mitochondrienmembran statt, also zwischen Matrix und Intermembranraum.
Hier wird formal Wasserstoff aus den Wasserstofftransportern (aus Glykolyse und Citratzyklus) auf Sauerstoff übertragen und die frei werdende Energie zur Herstellung von ATP genutzt.
Erkläre den Begriff oxidative Phosphorylierung.
Atmungskette und ATP-Synthase zusammen bezeichnet man auch als oxidative Phosphorylierung, weil ADP phosphoryliert wird, d.h. ein Phosphat angehängt.
Wieso ist die Mitochondrienmatrix gegenüber dem Intermembranraum stark negativ geladen?
Die Protonen (H+ Ionen) die im Laufe der Atmungskette in den Intermembranraum gepumpt werden, sind dafür verantwortlich, dass die Mitochondrienmatrix gegenüber dem Intermembranraum stark negativ ist.
Innen (Mitochondrienmatrix): wenig H+
Außen (Intermembranraum): viel H+ und daher deutlich positiver als innen.
