oxidative Phosphorylierung

C6H12O6 + 6 O2  6 CO2 + 6 H2O
DG0 -2872 kJ


Stärkehydrolyse: Amylasen; beim Menschen
im Speichel (Ptyalin, a-Amylase) und vom
Pankreas (2 a-Amylasen)
Endo- (a-Amylase) und Exoamylasen
(b-Amylase, spaltet Maltose vom
nichtreduzierenden Ende; nur Pflanzen); REnzym (a 1-6 Verzweigungen);
a-Glucosidase (Maltase)
1.
2.
3.
4.
5.
Glukoseaktivierung
Plasma
Glykolyse
Oxydative Decarboxylierung
Mitochondrium
Citronensäure Zyklus
Endoxidation



10 Einzelschritte
Aus Glucose (6C) entstehen 2 Pyruvatmoleküle
(3C)
Neben dem für das Freiwerden von Energie
wichtigen Adenosintriphosphat (ATP) werden
auch zwei Moleküle NADH erzeugt.
H2O3P
O CH2
H
H
OH
O H
H2O3P
O CH2
O
H
H
OH
OH
H
OH
Glucose-6-phosphat
OH
H
OH
OH
H
Fructose-6-phosphat
CH2
ATP
C O
CH2 O PO3H2
Dihydroxyacetonphosphat
CH2OH
ADP
H2O3P
O CH2
CH2 O PO3H2
O
H
O
H
C
H C OH
CH2 O PO3H2
Glycerinaldehyd-3-phosphat
OH
H
OH
OH
H
Fructose-1,6-bisphosphat
ADP
NAD +
ATP
NADH + H+
O
OH
O
C
C
H C OH
H C O PO3H2
CH2 O PO3H2
3-Phosphorglycerinsäure
O
OH
H
CH2 OH
2-Phosphorglycerinsäure
O
H
O
-H2O
H
C
C
C
C O
C OH
C O PO3H2
CH2
CH2
CH2
Brenztraubensäure
(Ketoform)
Brenztraubensäure
(Enolform)
ATP
ADP
Phosphorenolbrenztraubensäur





Brenztraubensäure (Pyruvat)
Dehydrierung unter Abspaltung von CO2
NADH+H+ entsteht
Acetylrest wird an CoA gebunden, Acetyl-CoA
entsteht
Multienzymkomplex (Pyruvatdehydrogenase)





Acetylrest
Oxalacetat
Krebs-Martius-Zyklus
2 CO2 werden abgespalten
NADH+H+ und FADH2 entstehen
GTP




Spezialfall einer Elektronentransportkette
Bildet zusammen mit der Chemiosmosis den
Prozess der oxidativen Phosphorylierung
Die exergonische Verbindung von Wasserstoff
(H2) und Sauerstoff (½ O2) zu Wasser wird in
Einzelschritte aufgeteilt
Anstelle einer explosionsartigen Wärmeentwicklung wird die freiwerdende Energie
dazu genutzt, aus ADP und Phosphat ATP, zu
synthetisieren (oxidative Phosphorylierung)




Kompartierung: Membran muss für Protonen
impermeabel sein
Assymetrie: im Inneren des Kompartiments
andere Strukturen als außen
Vektoriell: Elektronentransport von innen
nach außen und ein Protonentransport in
umgekehrter Richtung
Passagen: über diese fließen die Protonen von
innen nach außen
Film


Ältere Bedeutung: Stoffliche Veränderung
biotischer Stoffe (durch Lebewesen gebildete
Stoffe), die mit erkennbaren Veränderungen der
Stoffe, aber ohne Entstehung von Fäulnisgerüchen
einhergehen, und die auch mit (oder nur ohne)
Zutritt von Luft ablaufen.
Neuere Bedeutungen: Mikrobieller Abbau
organischer Stoffe zum Zweck der
Energiegewinnung ohne Einbeziehung externer
Elektronenakzeptoren wie beispielsweise
Sauerstoff (Dioxygen O2) oder Nitrat (NO3−)




Endprodukte, die noch energetisch verwertbar
sind, entstehen
H, der bei Oxidation des Atmungssubstrates
abgespalten wird, kann auch auf andere
Substrate übertragen werden
Nach Endprodukt benannt: z.B. alkoholische,
Milchsäure, Essigsäure Gärung
Aerob - anaerob



Läuft bis zum Pyruvat (Brenztraubensäure) mit
der Glykolyse parallel
2 Moleküle ATP werden gebildet
C6H12O6
2CO2 + 2 C2H5OH
DG0 = -234 kJ
Hefe: fakultativer Anaerobier
CO2
Glucose
Glykolyse
NADH + H+
O
O
H3C C C
OH
Brenztraubensäure
(Pyruvat)
NAD +
H3C C
H3C CH2 OH
H
Acetaldehyd
Ethanol

Essigsäuregärung (aerob)
DG0 = -754 kJ
NADH+H+
NADH+H+
H
H3C C OH
H
Ethanol
NAD +
NAD +
O
OH
O
H3C C
H3C C OH
H
+ H2O
Acetaldehyd
H
Aldehydhydrat
H3C C
OH
Essigsäure


Bis zum Pyruvat mit der Glykolyse parallel
Keine Gasentwicklung (keine
Decarboxylierung!)
C6H12O6
2 CH3-CHOH-COOH
DG0 = -197 kJ
+
NAD
NADH+H+
O
H3C C COOH
OH
H3C CH COOH



Hexosen (vorläufiges Endprodukt);
kondensieren zu Stärke
Abtransport in der Nacht (Stärke in
Triosephophat); im Plasma: Saccharosebildung
Speicherorgane: Kohlenhydrate, Fette




Neutralfette
Fettsäuresynthetase; Multienzymkomplex;
in verschiedenen Organismen, aber auch
Kompartimenten unterschiedlich
De-novo-Synthese aus C2-Bausteinen
Acetyl-Coenzym A als C2-Überträger




Auch CoA-S-H
Gruppenübertragendes Coenzym z.B.:
Acetylrest oder Fettsäurereste verschiedener
Länge
Bindung an CoA energiereich
3 Komponenten:
Adenosin-3´, 5´-diphosphat, Pantothensäure,
Thioethanolamin (= Cysteamin)
O
C NH CH2 CH2 S R
CH2
Thioethanolamin
CH2
Panthothensäure
R=H
CoA
O
NH
R=
N
C OH
CH3
H
Acetyl-CoA
NH2
C O
C CH3
C OO
N
O
H
O
O P OH
OH
O
R =C
Malonyl-CoAH
OH
H
O
CH2 C
O
H2C P O P O CH2
OH
N
N
C
H
OH
H
O
R =C
CH2 R
Acyl-CoA





Während der Synthese bleibt die wachsende
Fettsäure kovalent an den Fettsäuresynthetasekomplex gebunden
Bei Pflanzen im Chloroplasten
Startreaktion: Acetyl-CoA gibt Acetyl an den
Multienzymkomplex
Kettenverlängerung (jeweils 2C)
Abschlussreaktion

Bildung und Veresterung des Glycerins


Glycerin-3~P entsteht durch Reduktion des Triose3~P
2 an CoA gebundene Fettsäurereste reagieren mit
den freien OH-Gruppen


Oleosomen: Glycerin + Fettsäure (Lipasen)
b-Oxidation





Verkürzung um jeweils 2C
Formal Umkehrung der Synthese, aber andere
Enzyme
In Mitochondrien (Pflanzen selten), meist in
Glyoxysomen
Glyoxylsäurezyklus: Weiterverarbeitung des
Acyl-Restes
Gluconeogenese




Glykoside
Terpene
Gerbstoffe
Alkaloide



Verbindungen von Zuckern mit anderen
Molekülen
Sehr heterogen
Beispiele:
Amygdalin
 Strophantin - Digitalis-Glykoside
 Saponine
 Anthocyane und Flavone(=Anthoxanthine)

CH2OH
HO
O
O
HO
CH2
OH
HO
HO
Amygdalin
O
OH
O
CHCN
R1
HO
O
+
O
R2
B
A
OH
OH
Anthocyanidin
R3
Flavan


Leiten sich vom Isopren, C5H8 ab
Ganzzahliges Vielfaches von 5 (C-Atome)
Hemiterpene (C5)
 Monoterpene (C10)
 Sesquiterpene (C15)
 Diterpene (C20) (Phytol, Gibberelline)
 Triterpene (C30) (Steroide)
 Tetraterpene (C40) (Carotinoide)
 Polyterpene (Kautschuk)

H2C
C CH CH2
CH3
CH3
Isopren
R CH2 CH2 CH2
CH2 CH2 CH2 R
C C
C C
C C
CH3
H CH3
H CH3
H
Ausschnitt aus einem Kautschukmolekül
CH
CH2
H2C
CH OH
H2C
CH
CH3 CH3
Menthol



Terpenoide (meist Mono- und Sesquiterpene),
oder Phenole
In Drüsenepithelien oder -zellen; Ölvakuolen;
Ausscheidung unter die Cuticula
Lockstoffe (Orchideen, Seidenraupen,
Pheromone - Borkenkäfer, Pyrethrine Chrysanthemum)

Einfache Phenole



Gallussäure
Phenylpropane


Hydrochinon, Arbutin
Phenolcarbonsäuren

Zimtsäuren, Lignine
Flavanderivate

OH
Flavane, Anthocyanidine
HOOC
OH
C C C
OH
O
R1
HO
O
+
O
R2
B
A
OH
OH
Anthocyanidin
R3
Flavan
R
OH
R
H
Pelargonidin
OH
Malvidin
OCH3
R
OH
H
H
Päonidin
OH
OCH3
Delphinidin
OH
Cyanidin
R
OH
OH
R
OCH3
OH
H
OH
R
B
OH
rot
pH 2 -3
OH
R
O
violett
pH 7 -8
O
blau
pH 11
-
O
R





Carotinoide: gelb, rot
Chlorophyll: grün
Flavanderivate: weißlich, gelb, Anthocyane:
rot, blau
Chymochrome Farben: in der Vakuole
(Flavane, Anthocyane, Betacyane)
Plasmochrome: Plastiden (Carotin,
Chlorophyll)





Art der Farbstoffe
Menge der Farbstoffe
(pH-Wert)
Komplexbildung
Copigmente


Gemeinsame physiologische und technische
Eigenschaften: fällen Eiweiße (Häute in Leder);
durch Oxidation werden sie rotbraune
Phlobaphene (Borken!)
Beispiel: Tannin



Sammelbezeichnung für organische Stickstoffverbindungen basischen Charakters
Spezifische physiologische und medizinische
Wirkungen (Solanaceae)
Beispiele:
 Morphin (Papaver somniferum)
 Cocain (Erythroxylum coca)
 Chinin (Cinchona succirubra - Plasmodium malariae)
 Nicotin
HO
O
H
NCH3
O
HO
Morphin
N
CH3
C OCH3
O C
H
Cocain
O


Autotrophe
Organismen: aus CO2 in
Kohlenhydrate und
andere organische
Substanzen
Autotrophe und
heterotrophe
Organismen:
Dissimilation, Abbau zu
CO2


Stickstoff autotrophe und Stickstoff
heterotrophe Organismen
Stickstoffquellen:
Nitrat, Ammonium
 Elementarer Stickstoff: Bakterien und
Cyanobakterien; Wurzelknöllchen (bis zu
300 kg/ha)





Elementarer Stickstoff (N2): Nitrogenase
Nitratreduktion: Nitratreduktase,
Nitritreduktase
Pflanzen sind N-autotroph
Einbau in organische Kohlenstoffverbindungen

Synthese von Aminosäuren



Tiere: essentielle Aminosäuren; Pflanzen:
normalerweise alle
Reduktive Aminierung; Glutaminsäure aus 2Oxoglutarsäure
Transaminierung


Proteinabbau
Um- und Abbau



Decarboxylierung
Oxidative Desaminierung
Ammoniakentgiftung
Ammoniakentgiftung
NH2
NH2
O
+ NH3
HOOC CH CH2 C
HOOC CH CH2 C
+ H2O
NH2
OH
Asparaginsäure
O
Asparagin



Bestandteil zahlreicher
organischer
Verbindungen (Cystein,
Cystin, Methionin; SHGruppenenzyme,
Coenzym A, Biotin,
Thiamin)
Pflanzen sind Sautotroph
Aufnahme als SO42-;
muss bis S2- reduziert
werden; erfolgt
hauptsächlich in
Chloroplasten (C4:
Bündelscheidezellen),
wenig in Wurzeln




Energiereiche
Phosphate; Nucleotide
bzw. Nucleinsäuren
Aufnahme als PO43Wird nicht reduziert!
Speicherform:
Polyphosphate und
Phytin (Ca-Mg-Salz der
Inosithexaphosphorsäu
re)