O 2 + Fachbiologie 4.2. Energiestoffwechsel RA
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Fachbiologie RA-Ausbildung 2004 Fachbiologie 4. Stoff- und Energiehaushalt 1 Fachbiologie RA-Ausbildung 2004 4.1. Stoffhaushalt 4.1.1. Definitionen Metabolismus ( Stoffwechsel ): Summe der chemischen Reaktionen einer Zelle. Reaktionen werden durch Enzyme vermittelt. Enzyme: Biokatalysatoren, meist Proteine. Substratspezifisch und reaktionsspezifisch. Stoffwechselketten ( Reaktionsketten ): Mehrere Enzyme sind hintereinandergeschaltet. 2 Fachbiologie 4.1. Stoffhaushalt RA-Ausbildung 2004 4.1.2. Enzyme Enzyme – Wirkmechanismus als Katalysator: Energie Ohne Enzym Ausgangsstoff Mit Enzym: Aktivierungsenergie Aktivierungsenergie wird heruntergesetzt Reaktionen können bei Körpertemperatur ablaufen Reaktionsprodukt Reaktionskoordinate 3 Fachbiologie RA-Ausbildung 2004 4.1. Stoffhaushalt 4.1.2. Enzyme Enzyme – Substrat- und Reaktionsspezifität: Enzym Enzym Enzym Substratspezifität: Reaktionsspezifität: Schlüssel-Schloß-Prinzip! Nur ein spezifisches Produkt entsteht! 4 Fachbiologie RA-Ausbildung 2004 4.1. Stoffhaushalt 4.1.3. Metabolismus Metabolismus: Unterteilung in Anabolismus und Katabolismus. Anabolismus: Reaktionsketten, die Stoffe unter Energieverbrauch aufbauen. (Proteinbiosynthese, Stärkesynthese ) Katabolismus: Reaktionsketten, die Stoffe unter Energiegewinn abbauen. (Glykolyse, Fettsäure-Abbau ) 5 Fachbiologie 4.1. Stoffhaushalt RA-Ausbildung 2004 4.1.3. Metabolismus Kohlenhydrate Proteine Lipide Aminosäuren CO2 NH3 H2O Citratcyclus ENERGIE Harnstoff Anabolismus: energieverbrauchende Reaktionen Katabolismus:energieliefernde Reaktionen 6 Fachbiologie 4.2. Energiestoffwechsel RA-Ausbildung 2004 4.2.1. Einführung Viele Vorgänge in der Zelle verbrauchen Energie: Anabolismus ( Pankreaszelle Bewegung ( Muskelzelle ATP ATP Insulinbildung ) Kontraktion ) Reizaufnahme/-verarbeitung ( Neuron Homöostase ( ATP ATP Zellpotential ) Aufrechterhalten der Körpertemperatur etc. ) etc. ... 7 Fachbiologie 4.2. Energiestoffwechsel RA-Ausbildung 2004 4.2.2. Der Stoffkreislauf CO2 + H2O CO2 + H2O ATP O2 C6H12O6 C6H12O6 Zellatmung Photosynthese Glucose Glucose 8 Fachbiologie 4.2. Energiestoffwechsel RA-Ausbildung 2004 4.2.2. Der Stoffkreislauf CO2 + H2O CO2 + H2O ATP O2 C6H12O6 C6H12O6 Zellatmung Photosynthese Glucose Glucose 9 Fachbiologie RA-Ausbildung 2004 Glucose Glykolyse 4.2. Energiestoffwechsel 4.2.3. Die Zellatmung O2 Atmungskette Citratcyklus 10 Fachbiologie 4.2. Energiestoffwechsel RA-Ausbildung 2004 C6H12O6 Enzym 1 4.2.3.1. Die Glykolyse Enzym 2 2 x C3H6O3 Glucose Brenztraubensäure ( Pyruvat ) 2x ATP NADPH „Aktivierter Wasserstoff“ 11 Fachbiologie RA-Ausbildung 2004 Glucose 4.2.3.1. Die Glykolyse NADPH Glykolyse 2 x Brenztraubensäure ( Pyruvat ) 4.2. Energiestoffwechsel O2 „Aktivierter Wasserstoff“ ATP Atmungskette Citratcyklus 12 Fachbiologie 4.2. Energiestoffwechsel RA-Ausbildung 2004 4.2.3.2. Der Citratcyclus CO2 C2H3O - CoA C3H6O3 Brenztraubensäure ( Pyruvat ) Acetyl-CoA ( aktivierte Essigsäure ) NADPH ca. 3,5 x NADPH Citratcyclus 2 x CO2 GTP 13 Fachbiologie RA-Ausbildung 2004 4.2.3.2. Der Citratcyklus Glucose NADPH Glykolyse 2 x Brenztraubensäure ( Pyruvat ) 4.2. Energiestoffwechsel O2 „Aktivierter Wasserstoff“ ATP NADPH CO2 2 x Acetyl-CoA ( aktivierte Essigsäure ) CO2 Atmungskette NADPH Citratcyklus ATP 14 Fachbiologie 4.2. Energiestoffwechsel RA-Ausbildung 2004 4.2.3.3. Die Atmungskette „Knallgasreaktion“! O2 + H2O NADPH „Aktivierter Wasserstoff“ ca. 3 x ATP 15 Fachbiologie RA-Ausbildung 2004 4.2.3.3. Die Atmungskette Glucose NADPH Glykolyse 2 x Brenztraubensäure ( Pyruvat ) 4.2. Energiestoffwechsel „Aktivierter Wasserstoff“ ATP ATP ATP NADPH CO2 2 x Acetyl-CoA ( aktivierte Essigsäure ) CO2 Atmungskette ATP NADPH Citratcyklus O2 ATP ATP 16 Fachbiologie 4.2. Energiestoffwechsel RA-Ausbildung 2004 4.2.3.4. Energiebilanz der Zellatmung Glucose 2 x Brenztraubensäure ( Pyruvat ) 2x 2x NADPH ATP ATP =6x =2x 2x NADPH =6x ATP 7x 2x NADPH = 21 x ATP GTP =2x ATP Summe: ~ 37 x ATP 2 x Acetyl-CoA ( aktivierte Essigsäure ) Citratcyclus ATP 17 Fachbiologie RA-Ausbildung 2004 4.2.4. Milchsäuregärung Glucose NADPH Glykolyse 2 x Brenztraubensäure ( Pyruvat ) 4.2. Energiestoffwechsel „Aktivierter Wasserstoff“ ATP ATP ATP NADPH CO2 2 x Acetyl-CoA ( aktivierte Essigsäure ) CO2 Atmungskette ATP NADPH Citratcyklus O2 ATP ATP 18 Fachbiologie RA-Ausbildung 2004 Glucose 4.2. Energiestoffwechsel 4.2.4. Milchsäuregärung O2 NADPH Glykolyse 2 x Brenztraubensäure ( Pyruvat ) Milchsäure ( Lactat ) ACIDOSE Energiemangel Zelltod! 19 Fachbiologie RA-Ausbildung 2004 4.2.5. Vergleich der Energiebilanzen Glucose 2 x Brenztraubensäure ( Pyruvat ) 4.2. Energiestoffwechsel 2x 2x NADPH 2x NADPH Glucose 2x ATP ATP 2 x Brenztraubensäure ( Pyruvat ) 2 x Acetyl-CoA ( aktivierte Essigsäure ) Milchsäure ( Lactat ) 7x 2x NADPH GTP Citratcyclus ~ 37 x ATP 2x ATP 20 Fachbiologie RA-Ausbildung 2004 4.2. Energiestoffwechsel 4.2.6. Bedeutung der Atmung und des Kreislaufes CO2 CO2 ATP Lunge Zellatmung O2 C6H12O6 + O2 CO2 + H2O O2 21
