Aufgabensammlung - Schulbuchzentrum Online

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