Abbau organischer Verbindungen - imw.bio.uni-mainz.de · Def.: Xenobiotika Synthetische Stoffe, die der Mensch beabsichtigt oder unbeabsichtigt in Stoffkreislauf eingeführt hat schwer

Abbau organischer VerbindungenLara HamzehpourWindthorststraße 1a55131 [email protected]

26. Mai 2011 | Johannes Gutenberg-Universität Mainz

Inhalt

- Einleitung- Abbaumechanismen- Beispiele Makromoleküle

> Polysaccharide, Lignin> Proteine

- Beispiele Niedermolekulare Substanzen> Zucker> Aminosäuren> Aromaten

- Xenobiotika und Cometabolismus- Fazit- Quellen


Einleitung

Welche Bedeutung stellt der Abbau organischer Verbindungen für unser Ökosystem dar?


Destruenten = zersetzen hauptsächlich wasserunlösliche, hochmolekulare Polymere


„Prinzip der biologischen Unfehlbarkeit“

organisches Material (von Pflanzen und Tieren gebildet) wird von Destruenten als Energie-/Kohlenstoffquelle genutzt

fast alle Naturstoffe können von Destruenten mineralisiert werden

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Wie gehen Destruenten dabei vor?

Exoenzymewerden über Sekretion von Zellen abgegeben

> endospaltende

Bausteinkette wird dort gegriffen, wo Substrat leicht zugänglich ist

> exospaltende

Kette wird vom Ende her abgebaut

Makromoleküle können von der Zelle nicht aufgenommen werden

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Abbaumechanismen

> aerob

> anaerob

> Gärung


Abbaumechanismen

immer gleiches Prinzip Unterschiedliche Zwischen- und Endprodukte

MakromolekülSpaltung durch

Exoenzym

Mikromoleküle Transport in

ZelleMineralien

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Beispiele

Abbau von Makromolekülen


Polysaccharide (Mehrfachzucker)Abbau von Makromolekülen

Pflanzenzellwand: Cellulose (30-50%), Hemicellulosen (20-30%), Pectin (3-5%), mit Lignin (Holzstoff) inkrustiert (20-30%)Cellulosefaser: besteht aus β-Glucosemolekülen

- Cellulasen (Exoenzym) Endoglucanase (amorpher Bereich)

Exoglucanasen

Cellubiose durch Cellubiase in Glucoseeinheiten gespalten

Glucose und Cellubiose kann in Zelle transportiert werden 26.06.15


1,4-β-glykosidische Bindung


Lignin

Abbau von Makromolekülen

(10-30% der Masse an Gefäßpflanzen)

- hauptsächlich in Holz (18-30%)- besteht aus Phenylpropaneinheiten (C6-C3-Körper (Aromat mit

Propan und Alkoholgruppe))

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Lignin


Abbau von Makromolekülen - Lignin

- benötigt molekularen Sauerstoff; dauert sehr lange viel Energie

- von Pilzen abgebaut (dringen mit ihren Mycelfäden in Holz ein Oberflächenvergrößerung); Bakterien erst in letzten Stufen des Abbaus beteiligt

- extrazelluläre Enzyme in Vesikeln durch Exocytose an Hyphenspitzen freigesetzt

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Einschub - HumusbildungLignin = Massenprodukt, sehr langsam abgebaut großer Teil des Lignins und dessen unvollständig abgebaute Aromatebleiben übrig Carbonsäuren = Huminsäuren

Unter Luftabschluss (z.B. Moor) entsteht aus Ligninresten Torf, später unter Druck und hohen Temperaturen Lignit, dann Braunkohle, dann Steinkohle.

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Humus

Humus

pH-Puffer Stickstoffquelle Wasserspeicher

Bodenfruchtbarkeit

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Abbau von Proteinen (Polypeptiden)Abbau von Makromolekülen

Proteine: Cytoplasma

Aminosäuren intrazellulär abgebaut

Spaltung

endospaltend:Proteinasen

exospaltend:Peptidasen

Aminopeptidasen> N-terminal

Carboxypeptidasen> C-terminal

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Abbau niedermolekularer Substanzen

Mineralisierung

keine Makromoleküle bzw. Polymere, sondern kleinere Verbindungen bzw. Moleküle, die u.a. aus dem Abbau der Makromoleküle stammen


Abbau niedermolekularer Susbtanzen

Zucker: Abbauprodukt der Polysaccharide- in Zelle transportiert und zu Pyruvat abgebaut

Glykolyse (Stoffwechselvorgang der in fast allen Organismen vorkommt)

Aminosäuren: Abbauprodukt der Proteine- D-Aminos. durch Racemasen in L-Form umgewandelt - α-Aminogruppe entfernt, dann Rest abgebaut

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Abbau niedermolekularer Substanzen

Aromaten: hauptsächlich in Lignin- hohe Resonanzenergie sehr stabil und reaktionsträge (eher Substitutionsreaktionen!)

- Abbau mit Sauerstoff und reduziertem Cofaktor(Bsp.: NADH+H+) Ring zweifach hydroxyliert, dann Spaltung

- auch anaerob abgebaut durch Reduktion mit starkem Reduktionsmittel (andere Intermediate (Zwischenstufen) als aerober A.)

- Vorbereitung z.B. durch elektronenziehende Substituenten erleichtert Elektronenübertragung auf Ring

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Xenobiotika und Cometabolismus


Def.: Xenobiotika

Synthetische Stoffe, die der Mensch beabsichtigt oder unbeabsichtigt in Stoffkreislauf eingeführt hat schwer abbaubare Fremdstoffe

Def.: Cometabolismus

Stoffwechselvorgang eines Destruenten, woraus er weder Energie gewinnt, noch den Stoff weiterverwenden kann geschieht „unbeabsichtigt“

Bsp.: Abbau von Xenobiotika „Prinzip der biologischen Unfehlbarkeit!“

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Fazit

Welche Bedeutung stellt der Abbau organischer Verbindungen für unser Ökosystem dar?

Organische Verbindungen werden in anorganische überführt keine Anhäufung von abgestorbenem Material

Energiegewinnung für Mikroorganismen Mineralstoffe/Energiegewinnung für Pflanzen

Energie für weitere Lebewesen

Energiekreislauf

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Quellen

>https://www.abiweb.de/assets/courses/img/biologie-oekologisches-verhalten-nachhaltige-nutzung-nordrhein-westfalen-nrw/Okosystem_Stoff_Energiefluss.png

>http://www.spektrum.de/lexikon/biologie/xenobiotika/71213

>http://blog.schlafundschoen.de/wp-content/uploads/2012/08/Fotolia_16907041_M.jpg

>http://www.warum-torf.info/static/generated/96-trofsoden.jpg

>http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/b/bf/Lignite_Klingenberg.jpg

>http://bilder2.n-tv.de/img/bilderserien_alt/crop210865/7351326403-cImg_16_9-w1200/Die-Bedeutung-der-deutschen-Steinkohle-geht-seit-Jahren-zurueck.jpg

> „Allgemeine Mikrobiologie“ - Georg Fuchs; Thieme 9. Auflage

> „Purves Biologie“ - Jürgen Markl; Spektrum 9. Auflage

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