Biochemie Energiefreisetzung in Lebewesen © Hochschule für Technik und Wirtschaft des Saarlandes...

Biochemie Energiefreisetzung in Lebewesen

© Hochschule für Technik und Wirtschaft des Saarlandes Yves Kinsinger

Energiefreisetzung in Lebewesen durch Atmung und Gärung



Inhalt des Vortrages

Arten der Energiegewinnung durch Stoffwechselvorgänge

Wie und wo wird die Energie im Organismus freigesetzt

Welche Stoffwechselvorgänge sind dazu nötig

Glykolyse

Milchsäuregärung

Haupt- Themen



Möglichkeiten der Energiegewinnung

I. Aerobe Abbau von Nährstoffen

Der Abbau führt zu Endprodukten wie Wasser und CO2

Aufnahme von Gas und Abgabe von CO2

Der Abbau geschieht unter Sauerstoffverbrauch

Atmung




I. Aerobe Abbau von Nährstoffen

O2

Zufuhr Verarbeitung Endprodukte

CO2O2




II. Anaerobe Abbau von Nährstoffen

Es entstehen organ. Verbindungen wie Milchsäure und Ethanol

Speicherung als Zwischenprodukte zur Weiterverarbeitung

Der Abbau geschieht ohne Sauerstoffverbrauch

Gährung

Aerobe Weiterverarbeitung zu anorgan. Substanzen





Nährstoffaufnahme Zerlegung in Grundbausteine (Monomere)

Kohlehydrate Einfachzuckern

Eiweißstoffe Aminosäuren

Fette Glycerin und Fettsäuren

Ballaststoffe *unverdaulich





C

C

C

H

HH

H OH

O OH

C

C

C

H

HH

HOH

O OH

L-(+) Milchsäure D-(-) Milchsäure

H

C

H

H

C

H

H OH

Ethanol

Entstehung organischer Verbindungen wie




III. Verarbeitung der Nährstoffe

Verdauung

Atmung

Gärung

Abbau der Nährstoffe Resorption

Aufnahme und Weiter -leitung von Monomeren (Grundbausteine)




III. Verarbeitung der Nährstoffe - Resorption I

CH2OH

O

HO H

HO

HOH

HCH2OH

Fructose

O

C

OH

NH2

Aminosäuren Schleimhaut

Abgabe Blutgefäße-

system

Dünndarm




III. Verarbeitung der Nährstoffe - Resorption II

Blutgefäße Zelle Nutzung

Baustoffe

Reservestoffe

Betriebsstoffe Kohlenhydrate i.F. Einfachzuckern (z.B. Glucose)




III. Verarbeitung der Nährstoffe - Zwischenprodukt

Kohlenhydrate

Glucose

Brenztraubensäure MilchsäureEthanol

Aktivierte Essigsäure

anaerobanaerob

aerobAlkoh. Gärung Anaerobe Glycolyse




IV. Adenosintriphosphat- ATP Übersicht

ATP ist...

ein Energiereicher Baustein der Nukleinsäuren

zusammengebaut aus der Base Adenin und der β- D- Ribose

ein universeller und direkter Energielieferant für Zellen

ein Phosphat des organischen Moleküls Adenin




IV. Adenosintriphosphat- ATP Struktur

Adenin- Rest

CH2 P PO POO O

O OO

OOO

O

OH OH

N

N

N

N

NH2

Ribose 3 Phosphat Reste




IV. Adenosintriphosphat- ATP in Zellen

ATP

Enzyme spalten ATP Bindungen

ADP Adenosindiphosphat

AMP Adenosinmonophosphat

32,6 bzw. 64,3 KJ/mol



I. Abbau von Traubenzucker zu Brenztraubensäure- Glycolyse I

OH

O

OHHO

OH

HO-CH2

Glucose (Traubenzucker)

Ausgangsstoff HexokinesePhosphorlierung

OH

O

OHHO

OH

P-O-CH2

Glucose- 6- Phosphat

Phosphoglukose- Isomerase

OH

P-O-CH2

OH

OH

O H2COH

Fructose- 6- Phosphat

+ ATP - ADP



I. Abbau von Traubenzucker zu Brenztraubensäure- Glycolyse II

Ausgangsstoff Phosphorfructose- Kinase

Weiterverarbeitung

OH

P-O-CH2

OH

OH

O H2COH

Fructose- 6- Phosphat

OH

P-O-CH2

OH

OH

O H2-C-O-P

Fructose- 1,6- Bisphosphat

Fructose- 1,6-Diphosphat

P-O-CH2

OH

OH

OH H2-C-O-P

O+ ATP - ADP



Ausgangsstoff Aldolase 1 Aldolase 2

I. Abbau von Traubenzucker zu Brenztraubensäure- Glycolyse III

Fructose- 1,6-Diphosphat

P-O-CH2

OH

OH

OH H2-C-O-P

OC

H2C

C

O

OHH

O H

2 Glycerinaldehyd- Phosphat

C O

OHH2C

H2C O P

Dihydroxyaceton- Phosphat

Isomerase



Ausgangsstoff Kinase bzw. Dehydrogenase

Isomerase

I. Abbau von Traubenzucker zu Brenztraubensäure- Glycolyse IV

2 Glycerinaldehyd- Phosphat

Dihydroxyaceton- Phosphat

2 Glycerinsäure- 3- Phosphat

C

H2C

C

O

OHH

O OH

PH2C

HC

OH

COOH

O P


- 2 ATP +2 ADP

- 2 NADH2



Ausgangsstoff Enolase Pyruvatkinase

I. Abbau von Traubenzucker zu Brenztraubensäure- Glycolyse V

H2C

HC

OH

COOH

O P


2 Phosphoenolbrenz Traubensäure (PEP)

P

CH2

C

COOH

O

2 Enolbrenz- Traubensäure

CH2

C

COOH

OH

- 2 ATP +2 ADP



Ausgangsstoff Enol- Tautomerie Endprodukt

I. Abbau von Traubenzucker zu Brenztraubensäure- Glycolyse VI


CH2

C

COOH

OH

2 Brenztraubensäure

CH3

C

COOH

O


2 ATP

2 NADH2



I. Abbau von Traubenzucker zu Brenztraubensäure- Energiebilanz

Glucose- 6- PhosphatGlucose Fructose- 6- Phosphat

Fructose 1,6 Bis- Phosphat

2 Glycerinsäure 3 Phosp.

Fructose 1,6 Di- Phosphat

+ATP

+ATP2 Glycerinaldehyd Phosp.

Dihydroxyaceton Phosp.

-2 ATP -2 NADH2

2 Glycerinsäure 2 Phosp. PEP

2 Enolbenz- Traubensäure 2 Brenztraubensäure

-2 ATP-2 ATP -2 NADH2





Kohlenhydrate

Glucose



anaerobanaerob




II. Reduktion der Brenztraubensäure zu Milchsäure- Milchsäuregärung

Wozu wird die Milchsäure benötigt ?

Wie entsteht die Milchsäure ?

C

C

C

H

HH

H OH

O OH

C

C

C

H

HH

HOH

O OH

L-(+) Milchsäure D-(-) Milchsäure

Beispiel




CH3

C

COOH

O


2 ATP


I. Wozu wird die Milchsäure benötigt ?

2 NADH2Oxidation zu NAD (Abbaufunktion)




II. Wie entsteht die Milchsäure ?

Nicht ausreichende Sauerstoffzufuhr innerhalb des Blutes für Muskel-kontraktion

Oxidation von NADH2 zu NAD

Muskel-zellen




II. Wie entsteht die Milchsäure ?


C

O

COOH + NADH2 H3C

Milchsäuredeh- Hydrogenase

Ausgangsstoff

Milchsäure

C

OH

COOH + NADCH3

H




III. Beispiel

Die Milchsäuregärung erfolgt meist bei Sportlern

Meist ungenügender Sauerstoffgehalt im Blut

Anaerober Abbau von Milchsäure

Milchsäuregärung





Kohlenhydrate

Glucose



anaerobanaerob




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