4.2 Dissimilation (Glykolyse bis Atmungskette)

Übersicht Dissimilation (= Energie liefernde Prozesse bei Atmung und Gärung)
4 Dissimilation:
mit Sauerstoff (aerobe Dissmilation): Atmung
ohne Sauerstoff (anaerobe D.): Gärung
4.1 Überblick über die Verdauung und Resorption von Nährstoffen (Cornelsen S. 88-89)
selbst erarbeiten
Tabelle zu Verdauungsenzymen und Verdauungsorganen anlegen (vgl. S. 89 unten)
4.2 (Innere) Atmung
4.2.1 Glykolyse im Cytoplasma ( Glykolysepuzzle und Cornelsen S. 103)
Welche Substanzen tragen auf dem Arbeitsblatt und im Buch unterschiedliche Namen?
Fragen beantworten
wichtig: Prinzip verstehen und vereinfacht formulieren (Was geht rein? Was raus? Was sind
entscheidende Schritte?); Bilanz kennen und verstehen
4.2.2 Citratzyklus und oxidative Decarboxylierung (Cornelsen S. 104)
4.2.2.1 Oxidative Decarboxylierung in der Mitochondrienmatrix
Was ist das? Aus Namen ableiten!
4.2.2.2 Eigentlicher Citratzyklus in der Mitochondrienmatrix
Ablauf und Prinzip verstehen, Bilanz kennen und verstehen
4.2.3 Atmungskette = Endoxiadtion (Cornelsen S. 105)
Grundgedanke:
Während der Glykolyse und des Citrazyklus entstehen 4 ATP, 10 NADH+H+ und 2 FADH2
pro Molekül Glucose.
In NADH + H+ (der reduzierten Form von NAD+) und in FADH2 steckt noch einige
chemische Energie, denn die „Reduktionsäquivalente“ NADH + H+ und FADH2 können
wieder oxidiert werden (d. h. H bzw. Elektronen abgeben) und diese (Rück-)Oxidationen
liefern Energie.
Die Rückoxidation zu NAD+ ist auch deshalb nötig, da ansonsten kein Akzeptor mehr für den
bei der Glykolyse und dem Citratzyklus anfallenden Wasserstoff zur Verfügung stünde. Der
Wasserstoffakzeptor NAD+ muss also aus NADH + H+ „recycelt“ werden.
Letzten Endes reagieren die „überzähligen“ H (= Elektronen und H+) aus den
Reduktionsäquivalenten mit dem O2 der Atemluft zu H2O, es findet eine in Stufen unterteilte
Knallgasreaktion statt. (H2 + ½ O2 → H2O)
Genauerer Ablauf der Elektronenübertragung in der Atmungskette
Werden Redoxsysteme mit unterschiedlichen Redoxpotentialen miteinander verbunden, so
fließen Elektronen vom niedrigeren zum höheren Redoxpotential (d. h. bei Metallen zum
„edleren“ Metall; vgl. Kopie)
In der Atmungskette sind Redoxsysteme mit verschieden hohen Redoxpotentialen
hintereinander geschaltet (vgl. Kopie). Die Redoxsysteme (nur Cytochorm c merken!) liegen
in der inneren Membran der Mitochondrien nebeneinander (vgl. S. 105).
Die Elektronen werden in Richtung des höheren Redoxpotentials weitergegeben, es finden
hintereinander geschaltete Oxidationen statt. Am Ende der Redoxkette steht als finaler
Elektronenakzeptor das aus der Atemluft stammende O2. Auf dieses werden letztendlich die
Elektronen übertragen. Es entsteht O2-, welches mit H+-Ionen zu H2O reagiert.
(=Knallgasreaktion s. oben)
ATP-Bildung = Chemiosmotische Theorie nach Mitchell (Turbinenprinzip)
Die bei den Oxidationen (Elektronenabgaben) in den Redoxsystemen der inneren
Mitochondrienmembran frei werdende Energie wird dazu benutzt, H+-Ionen (Protonen) in den
Raum zwischen den beiden Membranen des Mitochondriums (=Intermembranraum) zu
befördern. Dadurch entsteht gegenüber der Mitochondrienmatrix ein großer pH – und
Ladungsunterschied. (Merke pH= Maß für Zahl der H+ bzw. H3O+-Ionen)
Bildlich gesprochen „drücken“ die vielen H+-Ionen (= Protonen) vom Zwischenraum in die
Mitochondrienmatrix. Es hat sich ein osmotischer und elektrischer Gradient aufgebaut. Das
System strebt nach osmotischem Ausgleich und nach Ladungsausgleich. In diesem
elektrochemischen Gradienten zwischen Intermembranraum und Matrix ist Energie
gespeichert.
Die Zelle nutzt diese Energie folgendermaßen: Die in die Matrix zurückstrebenden Protonen
(H+) können nur durch das Membranprotein „ATP-Synthase“ in die Matrix des
Mitochondriums gelangen. Hierbei treibt der „Druck“ der Protonen eine Art zelluläre Turbine
an, die ATP bildet. Pro NADH+H+ werden 3 ATP und pro FADH2 2 ATP gebildet. FADH2
schleust seine Elektronen erst auf der zweiten Stufe der „Energietreppe“ ein.
Die in die Matrix eingeströmten H+ reagieren mit den reduzierten O2- zu Wasser.
4.2.4 Energieumsatz, Stoff- und Energiebilanz der Zellatmung (Cornelsen S. 106 f. und S.
100 und Arbeitsblatt)
Energiebilanz des Glucoseabbaus: 4 ATP + 10*3 ATP + 2*2 ATP = 38 ATP (theoretisch)
Aber: Die 2 NADH +H+ aus der Gykolyse müssen ins Innere des Mitochondriums
transportiert werden. Dieser Transport kostet 1 ATP pro NADH +H+, so dass insgesamt 36
ATP übrig bleiben.
Wirkungsgrad: erhaltene Energie /investierte Energie= 36*30,5 kJ/2872kJ= 0,38= 38%
(Zum Vergleich: Dampfmaschine: ca. 15%; Ottomotor: ca. 35%)
4.3 Gärungen (Cornelsen S. 108 und S. 78-81)
Die nächsten Punkte werden vermutlich erst nach der Fotosynthese erarbeitet.
5 Herz und Blutkreislauf (Cornelsen S. 82-85)
6 (Äußere) Atmung (Cornelsen S. 94-99)
7 Sportphysiologie (Cornelsen S. 110-115)