FachbiologieRA-Ausbildung

2004

1

Fachbiologie4. Stoff- und Energiehaushalt

Fachbiologie 4.1. StoffhaushaltRA-Ausbildung 2004

4.1.1. Definitionen

2

Metabolismus ( Stoffwechsel ): Summe der chemischen Reaktionen einer Zelle. Reaktionen werden durch Enzyme vermittelt.

Enzyme: Biokatalysatoren, meist Proteine. Substratspezifisch und reaktionsspezifisch. Stoffwechselketten ( Reaktionsketten ): Mehrere Enzyme sind hintereinandergeschaltet.

Fachbiologie 4.1. StoffhaushaltRA-Ausbildung 2004

4.1.2. Enzyme

3

Enzyme – Wirkmechanismus als Katalysator:

Mit Enzym:

Ohne Enzym

Aktivierungsenergie

Aktivierungsenergie wird heruntergesetztReaktionen können bei Körpertemperatur ablaufen

Ausgangsstoff

Reaktionsprodukt

Reaktionskoordinate

Energie

Fachbiologie 4.1. StoffhaushaltRA-Ausbildung 2004

4.1.2. Enzyme

4

Enzyme – Substrat- und Reaktionsspezifität:

Substratspezifität: Schlüssel-Schloß-Prinzip!

Reaktionsspezifität: Nur ein spezifisches Produkt entsteht!

Enzym Enzy

m

Enzym

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4.1.3. Metabolismus

5

Metabolismus: Unterteilung in Anabolismus und

Katabolismus.

Anabolismus: Reaktionsketten, die Stoffe unter

Energieverbrauch aufbauen. (Proteinbiosynthese, Stärkesynthese )

Katabolismus:Reaktionsketten, die Stoffe unter

Energiegewinn abbauen. (Glykolyse, Fettsäure-Abbau )

Fachbiologie 4.1. StoffhaushaltRA-Ausbildung 2004

4.1.3. Metabolismus

6Katabolismus:energieliefernde Reaktionen

Proteine

Kohlenhydrate

Lipide

Citratcyclus

Aminosäuren

ENERGIE

Anabolismus: energieverbrauchende Reaktionen

H2

O

CO2

Harnstoff

NH3

Viele Vorgänge in der Zelle verbrauchen Energie:

Anabolismus ( Pankreaszelle

Insulinbildung )

Bewegung ( Muskelzelle

Kontraktion )

Reizaufnahme/-verarbeitung ( Neuron

Zellpotential )

Homöostase ( Aufrechterhalten der

Körpertemperatur etc. )

etc. ...

Fachbiologie 4.2. EnergiestoffwechselRA-Ausbildung 2004

4.2.1. Einführung

7

ATP

ATP

ATP

ATP

Zellatmun

g

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4.2.2. Der Stoffkreislauf

8

ATP

O2

CO2 + H2O

C6H12O

6 Photosynthese

Glucose

C6H12O

6

Glucose

CO2 + H2O

Zellatmun

g

Fachbiologie 4.2. EnergiestoffwechselRA-Ausbildung 2004

4.2.2. Der Stoffkreislauf

9

ATP

CO2 + H2O

O2

CO2 + H2O

C6H12O

6 Photosynthese

Glucose

C6H12O

6

Glucose

Fachbiologie 4.2. EnergiestoffwechselRA-Ausbildung 2004

4.2.3. Die Zellatmung

10

Glucose

Glykolyse

Citratcyklus

Atmungskette

O2

NADPH

Fachbiologie 4.2. EnergiestoffwechselRA-Ausbildung 2004

4.2.3.1. Die Glykolyse

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Glucose

Enzym 1 Enzym 2

Brenztraubensäure

( Pyruvat )

ATP

2 x C3H6O3

2 x

„Aktivierter Wasserstoff“

C6H12O6

Fachbiologie 4.2. EnergiestoffwechselRA-Ausbildung 2004

12

Glucose

2 x Brenztraubensäure( Pyruvat )

Glykolyse

Citratcyklus

Atmungskette

NADPH O2„Aktivierter Wasserstoff“

ATP

4.2.3.1. Die Glykolyse

Fachbiologie 4.2. EnergiestoffwechselRA-Ausbildung 2004

4.2.3.2. Der Citratcyclus

13

C3H6O3 Brenztrauben

säure( Pyruvat )

Acetyl-CoA( aktivierte Essigsäure )

C2H3O - CoA

NADPH

CO2

2 x CO2

GTP

ca. 3,5 x Citratcyclus

NADPH

Fachbiologie 4.2. EnergiestoffwechselRA-Ausbildung 2004

14

Glucose

2 x Brenztraubensäure( Pyruvat )

2 x Acetyl-CoA( aktivierte Essigsäure )

Glykolyse

Citratcyklus

Atmungskette

NADPH

NADPH

NADPH

O2„Aktivierter Wasserstoff“

ATP

ATP

CO2

4.2.3.2. Der Citratcyklus

CO2

Fachbiologie 4.2. EnergiestoffwechselRA-Ausbildung 2004 4.2.3.3. Die

Atmungskette

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„Aktivierter Wasserstoff“

NADPH H2O

ATPca. 3 x

„Knallgasreaktion“!O2 +

Fachbiologie 4.2. EnergiestoffwechselRA-Ausbildung 2004 4.2.3.3. Die

Atmungskette

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Glucose

2 x Brenztraubensäure( Pyruvat )

2 x Acetyl-CoA( aktivierte Essigsäure )

Glykolyse

Citratcyklus

Atmungskette

ATP

ATP

ATP

ATP

NADPH

NADPH

NADPH

O2

ATP

ATP

„Aktivierter Wasserstoff“

CO2 CO2

Fachbiologie 4.2. EnergiestoffwechselRA-Ausbildung 20044.2.3.4. Energiebilanz der

Zellatmung

17

Glucose

2 x Brenztraubensä

ure( Pyruvat )

2 x Acetyl-CoA( aktivierte Essigsäure ) NADPH

GTP

7 x

2 x

= 21 x ATP

NADPH2 x = 6 x ATP

NADPH

ATP

2 x

2 x

= 6 x ATP

= 2 x ATP

Summe:~ 37 x ATP

= 2 x ATP

Citratcyclus

Fachbiologie 4.2. EnergiestoffwechselRA-Ausbildung 2004

4.2.4. Milchsäuregärung

18

Glucose

2 x Brenztraubensäure( Pyruvat )

2 x Acetyl-CoA( aktivierte Essigsäure )

Glykolyse

Citratcyklus

Atmungskette

ATP

ATP

ATP

ATP

NADPH

NADPH

NADPH

O2

ATP

ATP

„Aktivierter Wasserstoff“

CO2 CO2

Fachbiologie 4.2. EnergiestoffwechselRA-Ausbildung 2004

4.2.4. Milchsäuregärung

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Glucose

2 x Brenztraubensäure( Pyruvat )

Glykolyse

NADPH O2

Milchsäure

( Lactat )

ACIDOSEEnergiema

ngelZelltod!

Fachbiologie 4.2. EnergiestoffwechselRA-Ausbildung 20044.2.5. Vergleich der

Energiebilanzen

20

Glucose

2 x Brenztraubensä

ure( Pyruvat )

ATP2 x

ATP2 x

Milchsäure( Lactat )

Glucose

2 x Brenztraubensä

ure( Pyruvat )

2 x Acetyl-CoA( aktivierte Essigsäure ) NADPH

GTP

7 x

2 x

NADPH2 x

NADPH

ATP

2 x

2 x

~ 37 x ATP

Citratcyclus

Fachbiologie 4.2. EnergiestoffwechselRA-Ausbildung 20044.2.6. Bedeutung der

Atmung

21

und des Kreislaufes

O2

CO2

CO2

O2

Lunge

Zellatmung

C6H12O6 + O2 CO2 + H2O

ATP