Zellatmung

Allgemeines

• Dissimilation = Zellatmung
• Abbau von Stoffen zur Energiegewinnung

Energiekreislauf/Überblick

• Summengleichung: $C_6{H}_{12}{O}_6+6O_2\Rightarrow 6C{O}_2+6H_{2}O$
• in der Fotosynthese werden aus Sonnenenergie und energiearmen anorganischen Stoffen energiereiche Organische Stoffe $\Rightarrow$ Glucose
  • In der Fotosynthese finden exergone Reaktionen in der Elektronentransportkette statt
  • Diese Reaktionen sind alle Redoxreaktionen
• Menschen nehmen entweder Makronährstoffe aus Produzenten oder Konsumenten auf
  • jede Energie stammt ursprünglich aus Fotosynthese
• Lipide, Kohlenhydrate, Proteine $\Rightarrow$ Glucose

1. Glykolyse
   • 1xGlucose wird in 2xPyruvat umgewandelt werden

• aerob ($O_2$ vorhanden)
  1. Zellatmung
     1. Pyruvatoxidation/oxidative Decarboxylierung
     2. Citratzyklus
     3. Atmungskette
        • Energie wird in ATP gespeichert
          • ATP = Energiewährung des Körpers
• anaerob ($O_2$ nicht vorhanden)
  • Gärung
    • Milchsäuregärung $\Rightarrow$ Lactat
    • Alkoholische Gärung $\Rightarrow$ Ethanol
• Die in der Nahrung gespeicherte Energie wird mit der Zellatmung freigesetzt

Lokalisation

Energetische Kopplung

• Zusammenspiel von exergonen und endergonen Reaktionen durch die Nutzung der freiwerdenden Energie
  • endergene Reaktion
    • $\Rightarrow$ läuft nicht freiwillig, braucht Energie
  • exergone Reaktion
    • $\Rightarrow$ läuft freiwillig ab, setzt Energie frei

Zellatmung ist in mehrere Teilschritte aufgeteilt

Glykolyse

• Ist kein Teil der Zellatmung
  • weil kein $O_2$ vorhanden sein muss
• findet im Cytoplasma statt
• Wir nehmen Nahrung Glucose aus
  • Glucose gelangt in Zellen
• Glucose wird in zwei $C_3$-Körper Pyruvat (auch Brenztraubensäure genannt) zerlegt. Dabei werden Transportmoleküle energetisch beladen $\Rightarrow 2NAOH+H^{+},2ATP$

1. Abschnitt: Energieinvestitionsphase
   • Reaktion 1-5
   • Verbrauch von 2 ATP
2. Abschnitt: Energiegewinnungsphase
   • Reaktion 5-10
   • Produktion von 4 ATP

• Nettobilanz der Glykolyse:
  $\text{Glucose}+2NA{D}^{+}+2ATP+2ADP+4P\Rightarrow \text{2 Pyruvat}+2NADH+2H^{+}+4ATP+2H_{2}O$

1. Pyrovatoxidation/oxidative Decarboxilierung (Mitochondrien-Matrix)

• oxidation von Pyrovat zu Acetyl-Co-A
• Elektronenakzeptor ist $NA{D}^{+},C{O}_2$ wird abgespalten $\Rightarrow 2NAPH+H$

1. Abspaltung einer $C{O}_2$-Gruppe (Decarboxylierung)
   • In Valenzstrichformel links
2. Reduktion von $NAD+$ zu $NADH$
3. Übertragung des Coenzyms (CoA) A auf Acetat

• wird reagiert zu Acetyl CoA + $C{O}_2$

\usepackage{chemfig}

\begin{document}

\chemfig{CH_3-C(=[:90]O)-S-CoA}

\end{document}

+$C{O}_2$

2. Citratzyklus (Mitochondrium)

• vollständiger Abbau von Pyrovat zu $C{O}_2\Rightarrow 2ATP,6NADH+H^{+},2FAD{H}_2$
• Besteht aus 8 Reaktionen
• Bilanz
  $2\mathrm{Acetyl}\text{-}\mathrm{CoA}+6{\mathrm{NAD}}^{+}+2\mathrm{FAD}+2\mathrm{GDP}+2{\mathrm{P}}_{\mathrm{i}}+4{\mathrm{H}}_2\mathrm{O}⟶4{\mathrm{CO}}_2+6\mathrm{NADH}+6{\mathrm{H}}^{+}+2{\mathrm{FADH}}_2+2\mathrm{GTP}+2\mathrm{CoA}$
• benannt nach erstem Zwischenprodukt
  • Citrat $\Rightarrow$ Anion der Citronensäure
    

• 3. Atmungskette (Mitochondrium)

• Energie aus Glucose wird in diesem Schritt zu ATP synthetisiert
• findet in der inneren Mitochondrienmembran statt
• zwei Teilschritte
  1. Elektronentransport
     • 6$NADH$ und 2$FAD{H}_2$ geben ihre Elektronen ab
       • befinden sich zu dem Zeitpunkt in der Mitochondrienmatrix
     • Elektronen bewegen sich durch Elektronentransportkette durch die Membran
       • besteht aus Proteinkomplex 1-4
     • $H^{+}$ kann durch die Membran in den Intermembranraum gelangen
     • $\Rightarrow$ es baut sich ein Konzentrationsgradient auf
  2. Chemieosmose
     • über das Kanalprotein ATP-Synthase kann $H^{+}$ dem Konzentrationsgradienten folgend zurück in die Mitochondrienmatrix diffundieren

Gärung (Cytoplasma)

• Ist kein Sauerstoff vorhanden, können die Elektronen und Protonen der Atmungskette nicht mit Sauerstoff zu Wasser reagieren. Citratcyklus und
• Atmungskette kommen zum Erliegen
• Es kommt zum Aufstauen der Elektronen, so dass die Transportmoleküle
• irgendwann keine Elektronen mehr abgeben können. Sie bleiben beladen in der Matrix.
• Irgendwann stehen keine Akzeptor Moleküle mehr zur Verfügung
• Pyruvat wird nun zu Lactat reduziert, Redoxpartner ist NADH + H, dieses wird oxidiert, zu NAD+
• Es steht nun also wieder an anderer Stelle zur Aufnahme zur Verfügung Glykolyse läuft weiterhin ab, da Akzeptor Molekül vorhanden
• Es entstehen geringe Mengen ATP durch die Glykolyse Lactat sammelt sich in der Zelle a n
• Lactat wird bei ausreichender Sauerstoffversorgung wieder zu Pyrovat oxidiert

Quellen

• Wikipedia

title: "Lerntext zur Stoffwechselphysiologie in der gymnasialen Erprobungsstufe"
image: "http://www.heynkes.de/biologie/Bilder/runter.png"
description: "Lerntext Stoffwechselphysiologie"
url: "http://www.heynkes.de/biologie/Lerntexte/LerntextStoffwechselphysiologie.htm"

![[Natura 5.1 Glykolyse.pdf]]

![[Zellatmung - Notizen Frau Popendiek.pdf]]

!IMG_0355 1.tif

![[Natura 5.2 Atmungskette.pdf]]

![[Markl - Zellatmung im Überblick.pdf]]