Stoffwechsel Flashcards
Beschreibe den Zellaufbau !
Zellkern
Nukleolus
Steuert alle Lebensvorgänge in der Zelle
trägt die Erbinformation
Stoffaustausch
Ribosomen Ort der Proteinsynthese
Endoplasmatisches Retikulum Proteintransport
Stoffaustausch
Stoffumwandlungen
Vakuolen Speicherung von Stoffen (Farbstoffe,
Eiweiße)
Golgi-Apparat Speicherungs- und Transportfunktion
Cytoplasma Reaktionsraum für viele
Stoffwechselvorgänge
Mitochondrien Träger der mtDNA, Synthese von ATP,
Vergrößerung der Oberfläche
Beschreibe den Aufbau einer Biomembran!
Biomembranen = Membranen, die Bestandteile der Zelle sind
sie sind semipermeabel = nur für bestimme Moleküle(z.B. Wasser) gut durchlässig
bestehen aus Phospholipiden und Proteinen
Phospholipide:
besitzen polaren, hydrophilen(„wasserliebenden“) Kopf
und unpolaren, hydrophoben(„wasserabweisenden“)
Schwanz
Was ist das besondere an einer biomembran?
unpolare(hydrophobe) Moleküle können Membran direkt durchqueren
(selbst unpolare Doppellipidschicht lässt unpolare (lipophile) Moleküle passieren, da sie in
ihr löslich sind)
polare Moleküle und Ionen können Membran nicht ohne Hilfe passieren -> spezielle
Membranproteine notwendig
Integrale Proteine bzw. Carrier-Proteine
Was ist die brownsche Teilchenbewegung?
Teilchen bzw. Moleküle (einer Flüssigkeit oder eines Gases) befinden sich in ständiger
Bewegung
Intensität der Eigenbewegung von Umgebungstemperatur abhängig
-> mit sinkender Temperatur nimmt diese ab und mit steigender Temperatur nimmt
Bewegung zu
Diffusion und Osmose (Vorgänge des passiven Transports) beruhen auf Brownscher
Molekularbewegung
Diffusion?
Vorgang, bei dem sich Teilchen aufgrund ihrer Eigenbewegung im ihnen zur Verfügung
stehenden Raum gleichmäßig verteilen
Z.B. in Flüssigkeiten und Gasen befinden sich Teilchen in ständiger Bewegung und verteilen
sich aufgrund von Konzentrationsunterschieden ausgeglichen im Raum
Osmose?
Diffusion durch eine semipermeable Membran/ einseitig gerichtete Diffusion
z.B. semipermeable Membran zwischen Zuckerlösung und Wasser: Wassermoleküle
können durch Membran diffundieren, große Zuckermoleküle jedoch nicht -> Aufbau von
osmotischem Druck auf der Seite der Zuckermoleküle
Kanalvermittelte Diffusion (= sekundär aktiver Transport)?
Beförderung kleiner polarer oder geladener Teilchen wie Ionen über Kanäle in die Zelle
(Das Innere der Membran ist unpolar!)
ein Tunnelprotein/Carrierprotein oder Kanal ist nur für Ionen einer bestimmten Größe
durchlässig
Ablauf: Bindung des Moleküls an eine Bindungsstelle des Carrierproteins ->
Konformationsänderung -> Molekül gelangt auf die andere Seite
Unterscheidung in Symport/ Co- Transport (das zu transportierende Molekül wird
zusammen mit einem anderen Molekül in die gleiche Richtung transportiert) und Antiport
(Transport versch. Substanzen über gemeinsames Kanalprotein/ Antiporter, wobei eine
Substanz in die Zelle hinein und die andere aus Zelle heraus transportiert wird = ein
Molekül wird gegen Konzentrationsgefälle, das zweite in Richtung des Gefälles
transportiert
Erkläre den (primär) aktive Tranport (Transport eines Stoffes durch eine Biomembran gegen
seinen Konzentrationsgradienten mithilfe von ATP und Carriern)
beim Transport von Ionen oder Molekülen vom Ort niederer Konzentration zum Ort
höherer Konzentration transportiert werden, ist Energie notwendig
Unterschied in primär aktiven Transport (Stoffe werden unter Spaltung von ATP direkt
transportiert -> Entstehen eines Stoffgradienten) und sekundär aktiven Transport (bei
Rückdiffusion werden andere Moleküle gegen Konzentrationsgefälle mittransportiert)
Natrium- Kalium- Pumpe ist ein Membranprotein, das bei Spaltung von ATP gleichzeitig 2
K+- Ionen ins Zellinnere und 3 Na+- Ionen nach außen pumpt -> Konzentrationsgradient
entsteht, der als Energiequelle für Transport von Glucose ins Innere genutzt werden kann
Was sind Carrierproteine ?
Spezialisierung auf bestimmte Moleküle
besitzen (ähnlich wie Enzyme) eine oder zwei Bindungsstelle (nur bei Besetzung beider
Stellen öffnen sich die Carrier)
kurzzeitige Bindung (=Signal) mit dem Substrat -> Konformationsänderung des Kanal-
Proteins -> ,,Einschleusen” des betreffenden Moleküls durch Membran
-> Freisetzen auf der anderen Membranseite
Was ist die Zellatmung?
Spezialisierung auf bestimmte Moleküle
besitzen (ähnlich wie Enzyme) eine oder zwei Bindungsstelle (nur bei Besetzung beider
Stellen öffnen sich die Carrier)
kurzzeitige Bindung (=Signal) mit dem Substrat -> Konformationsänderung des Kanal-
Proteins -> ,,Einschleusen” des betreffenden Moleküls durch Membran
-> Freisetzen auf der anderen Membranseite
Erkläre den ersten Teilschritt der Glycolyse !
Ort der Glycolyse: im Cytosol (= flüssiger Teil des Cytoplasmas)
1. Glucose gelangt in Zelle, Enzym Hexokinase überträgt 1 Phosphatgruppe von ATP auf
Zucker (= Phosphorylierung) → Glucose wird reaktionsbereiter
2. Umwandlung von Glucose-6-Phosphat (durch Enzym Isomerase) zu Fructose-6-Phosphat
3. erneute Phosphorylierung
→ bislang: Investition von 2 ATP-Molekülen!
4. Fructose-bisphosphat-Molekül wird durch Enzym Aldolase in 2 Triosen (3-C-Zucker)
gespalten
5. Umwandlung der 2 Triosen in 2 Moleküle Glycerinaldehyd-3-Phosphat, die in nachfolgende
Teilschritte ,,eingeschleust“ werden (außerdem: Isomerase von Dihydroxyaceton-
phosphat)
Energieinvestitionsphase (2 ATP verbraucht) abgeschlossen!
1) Oxidation des Glycerinaldehyd-3-Phosphats durch Entzug von 2 Elektronen + 1 Proton und
Übertragung auf NAD+ → NADH entsteht → stark exergone Reaktion, daher: Anhängung
einer Phosphatgruppe an oxidiertes Subtrat (=oxidative Phosphorylierung)
2) Übertragung Phosphatgruppen auf ADP→ 2 ATP entstehen
(=Substratkettenphosphorylierung)
3) Abspaltung eines Wassermoleküls (Dehydratisierung) = Umlagerung der Elektronen→
Verbindung besitzt hohe potentielle Energie
4) durch Subtratkettenphosphorylierung entstehen 2 Moleküle ATP
→ Endprodukt ist Pyruvat (Brenztraubensäure)
Energiegewinnungsphase (Herstellung von 4 ATP- Molekülen) abgeschlossen!
Bilanz: 2 ATP- Moleküle investiert und 4 ATP- Moleküle hergestellt = Nettogewinn: 2 ATP
Was passiert beim Übergang von der Glycolyse zum Citratzyklus?
Pyruvat (= polar, impermeabel; Tunnelprotein notwendig) wird über den aktiven Transport
in Mitochondrium geschleust
Umwandlung von Pyruvat in Acetyl-Coenzym A (Acetyl-CoA)
→ Carboxylatgruppe des Pyruvatmoleküls wird als CO2- Molekül abgespalten (= erster
CO2- freisetzender Schritt der Atmung)
Oxidation zu Acetat → Redoxreaktion mit NADH
Verknüpfung Acetylrest mit Coenzym A
Beschreibe den Citratzyklus!
Übertragung von 2 Kohlenstoffatomen des Acetyl- CoA auf Oxalacetat: Citrat entsteht
(=Namensgeber des Zyklus)
durch verschiedene enzymkatalysierte Reaktionen wird NAD+ zu NADH + H+ reduziert + auch
im Rahmen von diesen Redoxreaktionen wird FADH2 aus FAD+ reduziert (wichtig für die
Abläufe der Atmungskette!)
teilweise wird CO2 abgespalten wird und etwas ATP/GTP hergestellt
Oxidation des Substrats + Reduktion von NAD+ zu NADH
→ Regeneration des Oxalacetats = Zyklus kann wieder von vorne beginnen
Beschreibe die Vorgänge der Atmungskette!
in 4 Multienzymkomlexen
Ort der Atmungskette: innere Mitochondrienmembran
1. Coenzyme NADH+ und FAD+H+ binden in Zelle Wasserstoff, der in Protonen und
Elektronen getrennt wird (vorerst keine direkte Übertragung auf Sauerstoff, da zu viel
Energie frei werden würde und Zelle explodieren könnte → schrittweise Unterteilung
notwendig!)
2. abgespaltene Elektronen werden über hintereinander geschaltete Redoxsysteme
transportiert
→ bei jeder Redoxreaktion wird Energie frei und Protonen aus Mitochondrienmatrix in
Intermembranraum gepumpt (elektrochemischer Gradient entsteht)
3. erst letztes Enzym Cytochromoxidase überträgt Elektronen auf Sauerstoff und reagiert mit
Protonen aus Umgebung zu Wasser (Sauerstoff wird eingeatmet und Wasser atmen wir
wieder aus → daher: Bezeichnung der Atmungskette!)
4. Konzentrationsgefälle bewirkt Bestreben nach Ausgleich und ATP- Synthase bildet durch
Protonenrückfluss + Bindung von Phosphat an ADP : ATP
→ oxidative Phosphorylierung/ Atmungskettenphosphorylierung
Bilanz: bei Kopplung der Atmungskette und oxidativer Phosphorylierung werden pro
Glucosemolekül etwa 28 Moleküle ATP gewonnen!
Was sind Enzyme ?
sind „spezielle“ Proteine, welche aus Aminosäuren bestehen
→ Aminosäuren: Aminogruppe, einer Carboxylgruppe und einem Rest
→ Proteine: große Makromoleküle, die aus vielen hundert oder sogar tausend
Aminosäuren bestehen→ sind unverzweigte Ketten von Aminosäure-Einheiten
sind für biochemische Reaktionen unentbehrlich, denn ….
… sie erniedrigen die Aktivierungsenergie und ermöglichen damit Reaktionen, die sonst
nicht oder nur äußerst langsam ablaufen würden (Reaktionen können bei
Körpertemperatur ablaufen)
→ sie gehen aus der Reaktion unverändert hervor
Enzyme sind (Bio-) Katalysatoren
sind substratspezifisch→ das aktive Zentrum kann nur ein bestimmtes Substrat binden,
welches die gleiche räumliche Struktur aufweist ( Schlüssel-Schlossprinzip)
Was ist das Schlüssel Schloß Prinzip ?
Substrat passt in seiner räumlichen Struktur zum aktiven
Zentrum des Enzyms→ sie bilden einen Enzym-Substrat-Komplex
sind reaktions-/wirkungsspezifisch→ aktives Zentrum kann nur bestimmte chemische
Was beschreibt das Modell der induzierten Passform?
beschreibt die wechselseitige Anpassung von Substrat
und Enzym in ihrer Raumstruktur→ Reaktionen
Temperatur beeinflusst Enzymaktivität
→ bei steigender Temperatur bewegen sich die Teilchen schneller und die
Wahrscheinlichkeit des Zusammentreffens von Substrat und Enzym erhöht sich
→ ab einer bestimmten Temperatur kommt es zur Denaturierung ( Zerstörung des Enzyms)
PH-Wert beeinflusst Enzymaktivität
jedes Enzym weist ein charakteristisches PH-Wert-Optimum auf
Abweichungen führen zur Verringerung der Enzymaktivität oder dessen Denaturierung
Erkläre die RGT Regel!
Temperaturerhöhung um 10 °C bewirkt Verdoppelung der Reaktionsgeschwindigkeit
→ in Lebewesen funktioniert dies aber nur bis zu einem Temperaturbereich von 40 °C
(Denaturierung!)
benötigte Aktivierungsenergie kann selten in Form von Wärme zugeführt werden
→ LÖSUNG: Enzyme (können ebenfalls chemische Bindungen „lockern“ und
Aktivierungsenergie herabsetzen, Enzym-katalysierte Stoffwechselreaktionen laufen bei
Körpertemperatur ab, ohne die Körpertemperatur zu erhöhen)
auch die Erhöhung der Substratkonzentration bewirkt keinen Anstieg der
Reaktionsgeschwindigkeit von Enzymen
Was ist die Hemmung der Enzym Aktivität?
bei niedriger Substratkonzentration sind viele Enzyme frei → hohe
Reaktionsgeschwindigkeit
bei steigender Substratkonzentration sind mehr Enzyme belegt → weitere Erhöhung der
Konzentration bewirkt keine Steigerung der Geschwindigkeit
Enzymaktivität wird durch Hemmstoffe oder Inhibitoren reguliert.
Unterscheidung in reversible und irreversible Hemmung
Erkläre die kompetitive Hemmung! ( eine Reversible Hemmung ! )
chemisch ähnliche Stoffe (Raumstruktur) konkurrieren um das aktive Zentrum eines
Enzyms
→ Hemmung der Enzymaktivität, da Inhibitor an das Enzym ansetzt, dieses aber nicht
chemisch umgesetzt/ katalysiert wird, da eigentliches Substrat verdrängt wird
Erhöhung der Substratkonzentration führt zur Verdrängung des Hemmstoffes
→ maximale Reaktionsgeschwindigkeit wird erreicht.
Beschreibe die reversible allosterische Hemmung!
Substrat und Hemmstoff konkurrieren nicht um das aktive Zentrum
Hemmstoff lagert sich außerhalb des aktiven Zentrums an das Enzym
→ Konformation des aktiven Zentrums, sodass Substrate nicht mehr gebunden werden
können
Enzym kann verschiedene räumliche Strukturen annehmen
Zahl aktiver Enzyme wird verringert
→ maximale Reaktionsgeschwindigkeit kann nie erreicht werden
Erkläre die irreversible Hemmung!
dauerhafte Konformationsänderung→ Raumstruktur des Enzyms wird verändert
Vergiftungen durch Schwermetalle wie Quecksilber oder Blei sind IRREVERSIBEL
→ dauerhafte Bindung an das Enzym
Stelle Zellatmung und Gärung gegenüber!
Zellatmung
aerob
vollständige Oxidation
hoher Energiegewinn
Gärung
anaerob
unvollständige Oxidation
geringer Energiegewinn
Gärung bedeutet die Energiegewinnung unter anaeroben Bedingungen durch
unvollständige Oxidation von Glucose
Beschreibe die alkoholische Gärung!
aus 2 Molekülen Brenztraubensäure (Pyruvat) entstehen unter Abspaltung von
2 Kohlenstoffdioxiden zunächst zwei Moleküle Ethanal
anschließend werden diese zwei Moleküle Ethanal mit Hilfe von NADH+ H+
zu zwei
Molekülen Ethanol (= Alkohol) reduziert -> dabei werden zwei H+
von NADH+ H+
abgespalten, die sich mit dem Ethanal zu Ethanol verbinden = NAD+ entsteht
