Biochemie: Anabolismus und Biomoleküle

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Questions and Answers

Welches der folgenden Moleküle wird während der Fettsäurebiosynthese verbraucht?

  • NADH
  • ATP
  • NADP+ (correct)
  • ADP

Welche der folgenden Optionen beschreibt korrekt das Ziel des Anabolismus?

  • Abbau von Nährstoffen zur Energieproduktion
  • Bildung von Abfallprodukten aus Nahrung
  • Entgiftung von CO2
  • Aufbau von Fettsäuren für Zellstrukturen (correct)

Was wird als Katalysator im Prozess der Fettsäurebiosynthese verwendet?

  • Enzyme (correct)
  • Zucker
  • H2O
  • Lipid

Welche der folgenden Aussagen über den Katabolismus ist zutreffend?

<p>Er produziert chemische Energie aus Nährstoffen. (B)</p> Signup and view all the answers

Wie viele Moleküle NADPH entstehen durch den Prozess der Fettsäurebiosynthese?

<p>2 (A)</p> Signup and view all the answers

Wie viele Male muss der Calvin-Benson-Bassham-Zyklus durchlaufen werden, um ein Molekül Glucose-6-phosphat zu erzeugen?

<p>6 (C)</p> Signup and view all the answers

Welche der folgenden Verbindungen wird nicht im Calvin-Benson-Bassham-Zyklus gebildet?

<p>Sorbitol (D)</p> Signup and view all the answers

Was ist die Zweckbestimmung des Calvin-Benson-Bassham-Zyklus?

<p>Biomasse-Generierung (C)</p> Signup and view all the answers

Wie viele Moleküle NADPH werden im Calvin-Benson-Bassham-Zyklus benötigt?

<p>12 (B)</p> Signup and view all the answers

Welches Molekül wird durch die Umwandlung von Glyceraldehyd-3-phosphat gebildet?

<p>Glucose-6-phosphat (D)</p> Signup and view all the answers

Welche Aussage beschreibt am besten die Rolle von Carboanhydrase im CO2-Gleichgewicht?

<p>Carboanhydrase beschleunigt die Umwandlung von CO2 in HCO3-. (C)</p> Signup and view all the answers

Welches Ion wird nicht aus der Reaktion von CO2 und H2O bei physiologischem pH gebildet?

<p>OH- (D)</p> Signup and view all the answers

Welches der folgenden Produkte ist das Hauptprodukt der durch Carboanhydrase katalysierten Reaktion unter physiologischen Bedingungen?

<p>HCO3- (D)</p> Signup and view all the answers

Wie viel beschleunigt Carboanhydrase die Reaktionsgeschwindigkeit im Vergleich zur normalen Gleichgewichtseinstellung?

<p>107-fach (D)</p> Signup and view all the answers

Warum ist HCO3- nicht ein Substrat für die RuBisCo-Reaktion?

<p>Es ist ein Produkt der Carboanhydrase-Reaktion. (B)</p> Signup and view all the answers

Was stellt die Umkehrsequenz des GAP-DH-Moduls dar?

<p>Die Umkehrsequenz umfasst die Umwandlung von Glyceraldehyd in GAP. (D)</p> Signup and view all the answers

Welche Rolle spielt GAP im beschriebenen Prozess?

<p>GAP ist ein intermediärer Metabolit in der Umwandlung von Zuckern. (A)</p> Signup and view all the answers

Wie viele Pi sind mit dem GAP-DH-Modul verbunden?

<p>4 Pi sind spezifisch für die Umwandlung von GAP. (B)</p> Signup and view all the answers

Welches Molekül ist nicht direkt mit der Umwandlung von GAP verbunden?

<p>Fructose (D)</p> Signup and view all the answers

Welcher dieser Schritte findet nicht in der Umkehrsequenz des GAP-DH-Moduls statt?

<p>Die Oxidation von GAP zu 1,3-Bisphosphoglycerat. (C)</p> Signup and view all the answers

Welche Organismen sind Beispiele für stickstofffixierende Prokaryoten?

<p>Cyanobakterien (D)</p> Signup and view all the answers

Was ist die Funktion von Azotobacter in der Landwirtschaft?

<p>Es wird als biologischer Dünger verwendet. (B)</p> Signup and view all the answers

Wie viel Stickstoff fixieren Trichodesmium spp. global?

<p>Fast 50% (C)</p> Signup and view all the answers

Welche Struktur besitzen filamentöse Anabaena-Arten zur Stickstofffixierung?

<p>Heterocysten (C)</p> Signup and view all the answers

Welches Ökosystem wird unter anderem durch die Stickstofffixierung von Cyanobakterien beeinflusst?

<p>Rote Meer (A)</p> Signup and view all the answers

Was sind die hauptsächlichen Lebensräume von Azotobacter?

<p>Boden (C)</p> Signup and view all the answers

Was ist die Rolle von Termiten und Schaben in Bezug auf stickstofffixierende Mikroben?

<p>Sie beherbergen stickstofffixierende Symbionten. (D)</p> Signup and view all the answers

Welche Verbindung wird durch den Prozess der Stickstofffixierung in biologisch nutzbare Form umgewandelt?

<p>Ammonium (C)</p> Signup and view all the answers

Welcher dieser Wege wird mit anaeroben Bakterien und Archaeen in Verbindung gebracht?

<p>Holz-Ljungdahl-Weg (D)</p> Signup and view all the answers

Welcher CO2-Fixierungsweg ist spezifisch für grüne nicht-schwefelige Bakterien?

<p>3-Hydroxypropionat-Zyklus (C)</p> Signup and view all the answers

Welcher dieser Wege ist eine bekannte CO2-Fixierungsmethode, die in Archaeen vorkommt?

<p>3-Hydroxypropionat/4-Hydroxybutyrat-Zyklus (D)</p> Signup and view all the answers

Wie viele CO2-Fixierungswege sind derzeit bekannt?

<p>Sieben (B)</p> Signup and view all the answers

Welcher Zyklus ist nicht mit Algen oder Pflanzen assoziiert?

<p>Holz-Ljungdahl-Weg (B)</p> Signup and view all the answers

Welcher Zyklus ist mit grünen Schwefelbakterien verbunden?

<p>Reduktiver TCA-Zyklus (C)</p> Signup and view all the answers

Welcher Weg wurde sowohl in der synthetischen Biologie als auch in der Natur entdeckt?

<p>3-Hydroxypropionat/4-Hydroxybutyrat-Zyklus (C)</p> Signup and view all the answers

Welcher dieser Wege ist nicht direkt mit der CO2-Fixierung verbunden?

<p>Reduktiver glycin-Weg (A)</p> Signup and view all the answers

Flashcards

Fettsäurebiosynthese

Die Produktion von Fettsäuren aus kleineren Bausteinen.

Anabolismus

Der Aufbau komplexer Moleküle aus kleineren Einheiten.

Katabolismus

Der Abbau komplexer Moleküle in kleinere Einheiten.

Nährstoffe

Stoffe, die für den Organismus als Brennstoff und Bausteine dienen.

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Chemische Energie

Die Energie, die in chemischen Bindungen gespeichert ist.

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Calvin-Benson-Bassham-Zyklus

Der Calvin-Benson-Bassham-Zyklus (CBB-Zyklus) ist ein Stoffwechselweg, der in Pflanzen stattfindet und die Fixierung von Kohlenstoffdioxid (CO2) aus der Atmosphäre ermöglicht. Dieser Prozess ist essenziell für die Photosynthese und die Bildung von Biomasse.

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Wie viele CBB-Zyklusdurchläufe für Glucose?

Der CBB-Zyklus benötigt sechs Durchläufe, um ein Molekül Glucose-6-phosphat, einen Einfachzucker, zu produzieren.

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Gesamtgleichung des CBB-Zyklus

Die Gesamtgleichung des CBB-Zyklus zeigt, dass 6 CO2-Moleküle, 12 NADPH-Moleküle und 18 ATP-Moleküle benötigt werden, um ein Molekül Glucose-6-phosphat, 12 NADP+, 18 ADP und 17 anorganisches Phosphat (Pi) zu erzeugen.

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Zweck des CBB-Zyklus

Der CBB-Zyklus spielt eine entscheidende Rolle bei der Umwandlung von anorganischem CO2 in organische Biomasse, was für das Wachstum und die Entwicklung von Pflanzen essentiell ist.

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Veränderung der Kohlenstoffketten im CBB Zyklus

Im CBB-Zyklus werden die Kohlenstoffketten verlängert und verkürzt. Dieser Prozess beinhaltet verschiedene Enzyme und Intermediate, die für die Effizienz des Zyklus verantwortlich sind.

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Was ist Glycerinaldehyd-3-phosphat (GAP)?

Glycerinaldehyd-3-phosphat (GAP) ist ein wichtiger Zwischenstoff im Stoffwechsel, der im Glukoseabbau und anderen Stoffwechselwegen vorkommt.

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Wie entsteht 1,3-Bisphosphoglycerat (1,3-BPG) aus GAP?

Die Umwandlung von Glycerinaldehyd-3-phosphat (GAP) zu 1,3-Bisphosphoglycerat (1,3-BPG) ist ein wichtiger Schritt im Glykolyseweg.

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Welches Enzym katalysiert die Umwandlung von GAP zu 1,3-BPG?

Die Reaktion, bei der GAP zu 1,3-BPG umgewandelt wird, ist katalysiert durch das Enzym Glycerinaldehyd-3-phosphat-Dehydrogenase.

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Welche Bedeutung hat die Umwandlung von GAP zu 1,3-BPG für den Stoffwechsel?

Die Umwandlung von GAP zu 1,3-BPG ist ein wichtiger Schritt im Energiegewinnungsprozess.

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Wo findet die Umwandlung von GAP zu 1,3-BPG statt?

Der Glykolyseweg, an dem die Umwandlung von GAP zu 1,3-BPG beteiligt ist, findet im Cytoplasma der Zellen statt.

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Reaktion von CO2 und H2O

Kohlenstoffdioxid (CO2) und Wasser (H2O) reagieren langsam miteinander, um Hydrogencarbonat (HCO3-) und Wasserstoffionen (H+) zu bilden. Dieses Gleichgewicht ist bei physiologischem pH-Wert fast vollständig auf der Seite von HCO3- verschoben.

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Bildung von Kohlensäure

Kohlenstoffdioxid (CO2) kann in Wasser gelöst werden, um Kohlensäure (H2CO3) zu bilden. Diese reagiert dann weiter zu Hydrogencarbonat (HCO3-) und Wasserstoffionen (H+).

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Kohlenstoffdioxidase

Kohlenstoffdioxidase ist ein Enzym, das die Reaktion zwischen CO2 und H2O beschleunigt, wodurch es zu einer schnelleren Bildung von Hydrogencarbonat (HCO3-) und Wasserstoffionen (H+) kommt.

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Katalytische Wirkung von Carbonatanhydrase

Carbonatanhydrase ist ein Enzym, das die Reaktion zwischen CO2 und H2O 107-fach beschleunigt.

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Carbonat ist kein Substrat für RuBisCo

Carbonat (CO32-) ist ein Ion, das nicht als Substrat für RuBisCo dient.

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Stickstofffixierung

Organismen, die Stickstoff aus der Luft in eine für Lebewesen verwertbare Form umwandeln können.

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Cyanobakterien

Cyanobakterien sind eine Gruppe von Bakterien, die Photosynthese betreiben und Stickstoff fixieren können.

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Azotobacter

Azotobacter ist ein Bakterium, das im Boden lebt und Stickstoff aus der Luft fixiert.

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Anabaena

Anabaena ist ein Cyanobakterium, das spezielle Zellen zur Stickstofffixierung besitzt, die Heterocysten genannt werden.

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Trichodesmium

Trichodesmium ist ein Cyanobakterium, das im Meer lebt und Stickstoff fixiert.

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Termiten und Kakerlaken

Termiten und Kakerlaken sind Insekten, die Stickstoff fixierende Symbionten in ihrem Darm tragen.

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Heterocysten

Heterocysten sind spezialisierte Zellen in Cyanobakterien, die Stickstoff fixieren.

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Rotes Meer

Die Red Sea ist ein Meer, das seinen Namen von den Cyanobakterien Trichodesmium erhält, die das Wasser rot färben.

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CO2-Fixierung

Ein Prozess, bei dem Kohlenstoffdioxid (CO2) aus der Atmosphäre in organische Verbindungen umgewandelt wird.

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3-Hydroxypropionat-Zyklus

Ein Stoffwechselweg, der in grünen Nichtschwefelbakterien vorkommt und CO2 fixiert. Dieser Weg erzeugt 3-Hydroxypropionat, ein wichtiges Zwischenprodukt.

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Wood-Ljungdahl-Weg

Ein Stoffwechselweg, der bei anaeroben Bakterien und Archaeen vorkommt. Er nutzt CO2 als Kohlenstoffquelle und als Reduktionsmittel.

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Reduziver TCA-Zyklus

Ein Stoffwechselweg, der in grünen Schwefelbakterien vorkommt und CO2 fixiert. Der Zyklus beinhaltet eine Reihe von Reaktionen, die an den Citratzyklus erinnern.

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Dicarboxylat/4-Hydroxybutyrat-Zyklus

Ein Stoffwechselweg, der in einigen Archaeen vorkommt. Er fixiert CO2 und produziert dabei 4-Hydroxybutyrat, ein Zwischenprodukt des Buttersäurestoffwechsels.

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3-Hydroxypropionat/4-Hydroxybutyrat-Zyklus

Ein Stoffwechselweg, der in einigen Archaeen vorkommt und CO2 fixiert. Er kombiniert den 3-Hydroxypropionat- und den 4-Hydroxybutyrat-Zyklus.

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Reduziver Glycin-Weg

Ein Stoffwechselweg, der in einigen Bakterien, wie Desulfovibrio, vorkommt. Dieser Weg fixiert CO2 und produziert Glycin als Zwischenprodukt.

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Study Notes

Anabolism

  • Anabolism is the sum of cellular pathways that build complex molecules from simpler precursors.
  • It is typically endergonic, requiring energy from catabolism.
  • A key principle is activating biomolecules with ATP or other nucleotide triphosphates to increase their reactivity. This is exemplified in peptide and protein biosynthesis.

How cells build biomolecules

  • Cells build biomolecules through various pathways:
    • Carbohydrate biosynthesis (e.g., gluconeogenesis, pentose phosphate pathway)
    • Fatty acid biosynthesis
    • Amino acid biosynthesis (including nitrogen incorporation)
    • Nucleotide biosynthesis

Carbon Fixation (CO2)

  • Carbon fixation is a crucial process, primarily by plants, but also by some microorganisms.
  • The Calvin-Benson-Bassham (CBB) cycle is the most important CO2 fixation process.
  • The CBB cycle, also known as the Calvin cycle, converts CO2 into organic molecules.
  • A key enzyme in the CBB cycle is RuBisCO.

Nitrogen Fixation (N2)

  • Nitrogen fixation is the conversion of atmospheric nitrogen (N2) into ammonia (NH3).
  • Diazotrophs are organisms capable of nitrogen fixation.
  • Many nitrogen-fixing organisms are heterotrophs, relying on organic carbon.
  • The process is complex and requires significant energy, often carried out by the enzyme nitrogenase.

Autotrophy in cyanobacteria and plants

  • Autotrophy in cyanobacteria and plants involves the conversion of carbon dioxide and water into sugars (e.g., glucose).
  • This process uses photosynthesis, which involves light energy.
  • Storage granules like cyanobacterial glycogen are involved in carbohydrate storage.

RuBisCO

  • RuBisCO (ribulose-1,5-bisphosphate carboxylase/oxygenase) is a crucial enzyme in carbon fixation.
  • It catalyzes the crucial initial step of carbon fixation, though it can also fix oxygen.
  • The enzyme's slow activity and ability to fix oxygen rather than carbon dioxide contribute to photorespiration, impacting photosynthetic efficiency.
  • Various strategies to improve RuBisCO activity are still under investigation.

Photorespiration

  • Photorespiration occurs when RuBisCO fixes oxygen instead of carbon dioxide.
  • This process is a wasteful side reaction of photosynthesis, as it consumes energy without producing sugars.

The carboxysome

  • Carboxysomes are CO2-enriching bacterial micro-compartments.
  • They contain RuBisCO in a highly concentrated manner, increasing CO2 availability which helps overcome RuBisCO's inefficiency.
  • Carboxysomes potentially evolved in response to rising atmospheric oxygen concentrations.

Gluconeogenesis

  • Gluconeogenesis converts 3-phosphoglycerate (GAP) to glucose-6-phosphate, effectively reversing the process of glycolysis.
  • This is a vital process in the cell to synthesize glucose when needed.
  • The pathway uses similar steps but replaces some irreversible steps in glycolysis with new ones.

Symbiosis & Carbon/Nitrogen fixation

  • Symbiotic relationships are common in carbon and nitrogen fixation.
  • Examples include cyanobacteria and algae in various ecosystems, such as lichens and corals.
  • Some organisms (plants and other organisms) host specialized bacteria (e.g., rhizobium) in root nodules that fix nitrogen, while these organisms provide energy to the bacteria.

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