Aufgabensammlung - Schulbuchzentrum Online
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AUFGABENSAMMLUNG Präsentation Lösungen Beschreiben Sie den Aufbau eines Mitochondriums! Vergleichen Sie dabei insbesondere die beiden Membranen! Ordnen Sie die Reaktionen der Zellatmung bestimmten Strukturen und Kompartimenten zu! Mitochondrien sind Organellen von meist länglicher, variabler Form. Sie sind von zwei unabhängigen Membranen umgeben. Diese unterscheiden sich sowohl in ihrer chemischen Zusammensetzung als auch in ihrer Funktion. Die äußere Membran ist glatt. Häufigstes Membranprotein ist das Poren bildende Porin, das die Membran für Ionen und kleine Proteine durchlässig macht. Die innere Membran ist stark gefaltet und bildet zur Oberflächenvergrößerung nach innen ragende Auffaltungen (Cristae) aus. Sie ist für nahezu alle Ionen und polare Moleküle impermeabel. Der Stoffaustausch durch diese Membran erfolgt nur mittels spezifischer Transportproteine. Mitochondrien sind durch die innere Membran in zwei Kompartimente unterteilt, den Intermembranraum zwischen der äußeren und der inneren Membran und den Innenraum, die mitochondriale Matrix. Die Enzyme für die Pyruvat-Oxidation und den Citratzyklus liegen in der Matrix. Ausnahme ist die SuccinatDehydrogenase. Dieses Enzym des Citratzyklus liegt in der inneren Membran. Die Enzymkomplexe der Atmungskette und der ATP-Synthese sind Bestandteile der inneren Membran. Zellatmung Animation: Reaktionen der Zellatmung Präsentation: Stoffabbau in der Zelle – ausgewählte Informationen Seite 59: Citratzyklus Abbildung 58.1: Oxidative Decarboxylierung und Citratzyklus Seite 60: Atmungskette Abbildung 61.2: Verknüpfung von Atmungskette und oxidativer Phosphorylierung Stellen Sie den Abbau von Fett dar und erläutern Sie seine Verknüpfung mit dem Abbau von Kohlenhydraten! Fette werden im Cytosol in Glycerin und Fettsäuren zerlegt. Das Glycerin wird unter Verbrauch von ATP und unter Reduktion von NAD+ zu NADH zu Glycerinaldehyd-3-phosphat oxidiert und dann in der Glykolyse dem Kohlenhydratstoffwechsel zugeführt. Die Fettsäuren werden unter Spaltung von ATP in AMP und Pyrophosphat mit CoA zu Fettsäureacyl-CoA verestert. In dieser Form werden sie in die Mitochondrien-Matrix eingeschleust und dort durch Beta-Oxidation in Acetyl-CoA gespalten. Die Acetyl-Reste werden zusammen mit den aus dem Kohlenhydratabbau stammenden Acetyl-Resten im Citratzyklus und in der Atmungskette endoxidiert. © 2009 Schroedel, Braunschweig Präsentation: Stoffabbau in der Zelle – ausgewählte Informationen Seite 63: Fettabbau und Harnstoffzyklus Abbildung 63.1: Fettsäureabbau Seite 64: Verknüpfungen im Zellstoffwechsel Abbildung 64.1: Verknüpfungen im Zellstoffwechsel (Schema) AUFGABENSAMMLUNG Präsentation Lösungen Erstellen Sie die Bilanz für den Abbau von Palmitinsäure (CH3-(CH2)14-COOH)! Ermitteln Sie die Anzahl von ATP-Molekülen, die durch die Veratmung eines Moleküls dieser Fettsäure gewonnen werden! Beachten Sie dabei, dass die Fettsäure für die ß-Oxidation zunächst aktiviert werden muss und dass dafür ATP notwendig ist. Der Abbau von ATP zu AMP und PPi entspricht dabei einem zweifachen ATP-Verbrauch! Aktivierung: Palmitinsäure + CoA + ATP → Palmitoyl-CoA + AMP + PPi Beta-Oxidation: Palmitoyl-CoA + 7 CoA + 7 FAD + 7 NAD+ + 7 H2O → 8 Acetyl-CoA + 7 FADH2 + 7 NADH + 7 H+ Citratzyklus: 8 Acetyl-CoA + 24 NAD+ + 8 FAD + 8 GDP + 8 Pi + 16 H2O → 16 CO2 + 8 CoA-SH + 24 NADH + 24 H+ + 8 FADH2 + 8 GTP Zusammenfassung: Palmitinsäure + ATP + 31 NAD+ + 15 FAD + 23 H2O + 8 GDP + 8 Pi → 16 CO2 + 31 NADH + 31 H+ + 15 FADH2 + 8 GTP Zellatmung In der Atmungskette ergibt die Oxidation der 31 Moleküle NADH einen Ertrag von 77,5 Molekülen ATP. Die Oxidation der 15 Moleküle FADH2 ermöglicht die Produktion von 22,5 Molekülen ATP. Da die 8 Moleküle GTP aus dem Citratzyklus die Produktion von 8 Molekülen ATP erlauben, ergibt sich aus dem Abbau eines Moleküls Palmitoyl-CoA ein Gesamtertrag von 108 Molekülen ATP. Da für die Aktivierung eines Moleküls Palmitinsäure zu Palmitoyl-CoA ein Molekül ATP in AMP und PPi gespalten wird und für die Regeneration dieses Moleküls ATP zwei Moleküle ATP benötigt werden, beträgt also der Nettogewinn aus der Veratmung eines Moleküls Palmitinsäure 106 Moleküle ATP. Anmerkung: Legt man pro NADH-Molekül eine Ausbeute von 3 ATP und pro FADH2-Molekül von 2 ATP zugrunde, kommt man zu folgenden Ergebnissen: In der Atmungskette würde die Oxidation der 31 Moleküle NADH einen Ertrag von 93 Molekülen ATP ergeben. Die Oxidation der 15 Moleküle FADH2 würde die Produktion von 30 Molekülen ATP ermöglichen. Da die 8 Moleküle GTP aus dem Citratzyklus die Produktion von 8 Molekülen ATP erlauben, würden sich bei dieser Rechnung aus dem Abbau eines Moleküls Palmitoyl-CoA ein Gesamtertrag von 131 Molekülen ATP ergeben. Da für die Aktivierung eines Moleküls Palmitinsäure zu Palmitoyl-CoA ein Molekül ATP in AMP und PPi gespalten wird und für die Regeneration dieses Moleküls ATP zwei Molekülen ATP benötigt werden, würde hier der Nettogewinn aus der Veratmung eines Moleküls Palmitinsäure 129 Moleküle ATP betragen. © 2009 Schroedel, Braunschweig Präsentation: Stoffabbau in der Zelle – ausgewählte Informationen Seite 63: Fettabbau und Harnstoffzyklus Abbildung 63.1: Fettsäureabbau AUFGABENSAMMLUNG Präsentation Lösungen Ein Teil des in der Fotosynthese erzeugten Glycerinaldehyd-3-phosphats wird aus den Chloroplasten ins Cytosol ausgeschleust. Erläutern Sie, dass dies einem indirekten Export von ATP entspricht, das durch Nutzung von Licht erzeugt wurde! In den Chloroplasten wird Lichtenergie zur Produktion von ATP und Reduktionsäquivalenten (NADPH) genutzt. Beides wird benötigt, um im Calvin-Zyklus Glycerinaldehyd-3-phosphat zu erzeugen. Wird das Glycerinaldehyd-3-phosphat ins Cytosol ausgeschleust, so kann es in der Glykolyse zur Produktion von ATP und Reduktionsäquivalenten (NADH) eingesetzt werden. Die Gewinnung von ATP aufgrund dieses ausgeschleusten Glycerinaldehyd-3-phosphats entspricht somit einem indirekten Export von ATP aus den Chloroplasten. © 2009 Schroedel, Braunschweig Zellatmung Animation: Reaktionen der Zellatmung Seite 56: Glykolyse Abbildung 57.1: Glykolyse Seite 104: Fotosynthese - lichtunabhängige Reaktionen Abbildung 105.1: Kohlenstoffdioxid-Fixierung und Reduktion Abbildung 105.2: Calvin-Zyklus
