Abbau organischer Verbindungen
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Abbau organischer Verbindungen Lara Hamzehpour Windthorststraße 1a 55131 Mainz [email protected] Inhalt - Einleitung - Abbaumechanismen - Beispiele Makromoleküle > Polysaccharide, Lignin > Proteine - Beispiele Niedermolekulare Substanzen > Zucker > Aminosäuren > Aromaten - Xenobiotika und Cometabolismus - Fazit - Quellen 26. Mai 2011 | Johannes Gutenberg-Universität Mainz Einleitung Welche Bedeutung stellt der Abbau organischer Verbindungen für unser Ökosystem dar? 26. Mai 2011 | Johannes Gutenberg-Universität Mainz Destruenten = zersetzen hauptsächlich wasserunlösliche, hochmolekulare Polymere 26. Mai 2011 | Johannes Gutenberg-Universität Mainz „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 26.26.06.15 Mai 2011 | Johannes Gutenberg-Universität Mainz Wie gehen Destruenten dabei vor? Exoenzyme werden 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 26.26.06.15 Mai 2011 | Johannes Gutenberg-Universität Mainz Abbaumechanismen > aerob > anaerob > Gärung 26. Mai 2011 | Johannes Gutenberg-Universität Mainz Abbaumechanismen immer gleiches Prinzip Unterschiedliche Zwischen- und Endprodukte Makromolekül Spaltung durch Exoenzym 26. Mai 2011 | Johannes Gutenberg-Universität Mainz 26.06.15 Mikromoleküle Transport in Zelle Mineralien Beispiele Abbau von Makromolekülen 26. Mai 2011 | Johannes Gutenberg-Universität Mainz Abbau von Makromolekülen Polysaccharide (Mehrfachzucker) Pflanzenzellwand: Cellulose (30-50%), Hemicellulosen (20-30%), Pectin (35%), mit Lignin (Holzstoff) inkrustiert (20-30%) Cellulosefaser: besteht aus b-Glucosemolekülen - Cellulasen (Exoenzym) Endoglucanase (amorpher Bereich) Exoglucanasen Cellubiose durch Cellubiase in Glucoseeinheiten gespalten Glucose und Cellubiose kann in Zelle transportiert werden 26. Mai 2011 | Johannes Gutenberg-Universität Mainz 26.06.15 1,4- -glykosidische Bindung 26. Mai 2011 | Johannes Gutenberg-Universität Mainz Abbau von Makromolekülen Lignin (10-30% der Masse an Gefäßpflanzen) - hauptsächlich in Holz (18-30%) besteht aus Phenylpropaneinheiten (C6-C3-Körper (Aromat mit Propan und Alkoholgruppe)) 26.06.15 26. Mai 2011 | Johannes Gutenberg-Universität Mainz Lignin 26. Mai 2011 | Johannes Gutenberg-Universität Mainz 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 - 26. Mai 2011 | Johannes Gutenberg-Universität Mainz 26.06.15 26. Mai 2011 | Johannes Gutenberg-Universität Mainz Einschub - Humusbildung Lignin = Massenprodukt, sehr langsam abgebaut großer Teil des Lignins und dessen unvollständig abgebaute Aromate bleiben übrig Carbonsäuren = Huminsäuren Unter Luftabschluss (z.B. Moor) entsteht aus Ligninresten Torf, später unter Druck und hohen Temperaturen Lignit, dann Braunkohle, dann Steinkohle. 26.06.15 26. Mai 2011 | Johannes Gutenberg-Universität Mainz Humus Humus pH-Puffer Stickstoffquelle Bodenfruchtbarkeit 26. Mai 2011 | Johannes Gutenberg-Universität Mainz 26.06.15 Wasserspeicher Abbau von Makromolekülen Abbau von Proteinen (Polypeptiden) Spaltung Proteine: Cytoplasma endospaltend: exospaltend: Proteinasen Peptidasen Aminopeptidasen > N-terminal Aminosäuren intrazellulär abgebaut Carboxypeptidasen > C-terminal 26.06.15 26. Mai 2011 | Johannes Gutenberg-Universität Mainz 26. Mai 2011 | Johannes Gutenberg-Universität Mainz Abbau niedermolekularer Substanzen Mineralisierung keine Makromoleküle bzw. Polymere, sondern kleinere Verbindungen bzw. Moleküle, die u.a. aus dem Abbau der Makromoleküle stammen 26. Mai 2011 | Johannes Gutenberg-Universität Mainz 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 - -Aminogruppe entfernt, dann Rest abgebaut 26. Mai 2011 | Johannes Gutenberg-Universität Mainz 26.06.15 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 26. Mai 2011 | Johannes Gutenberg-Universität Mainz 26.06.15 Xenobiotika und Cometabolismus 26. Mai 2011 | Johannes Gutenberg-Universität Mainz 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!“ 26. Mai 2011 | Johannes Gutenberg-Universität Mainz 26.06.15 Welche Bedeutung stellt der Abbau organischer Verbindungen für unser Ökosystem dar? Fazit Organische Verbindungen werden in anorganische überführt keine Anhäufung von abgestorbenem Material Energiegewinnung für Mikroorganismen Mineralstoffe/Energiegewinnung für Pflanzen Energie für weitere Lebewesen Energiekreislauf 26. Mai 2011 | Johannes Gutenberg-Universität Mainz 26.06.15 Quellen >https://www.abiweb.de/assets/courses/img/biologie-oekologisches-verhalten-nachhaltige-nutzung-nordrheinwestfalen-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-derdeutschen-Steinkohle-geht-seit-Jahren-zurueck.jpg > „Allgemeine Mikrobiologie“ - Georg Fuchs; Thieme 9. Auflage > „Purves Biologie“ - Jürgen Markl; Spektrum 9. Auflage 26. Mai 2011 | Johannes Gutenberg-Universität Mainz 26.06.15
