Biologie: Stoffwechsel und Mikroorganismen

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Questions and Answers

Welche Enzymklasse katalysiert hydrolytische Spaltungen?

  • Lyasen
  • Hydrolasen (correct)
  • Ligasen
  • Isomerasen

Welches Enzym ist an der Hydrolyse von Stärke beteiligt?

  • Lipase
  • Katalase
  • Protease
  • Amylase (correct)

Welches der folgenden Co-Enzyme ist an anabolischen Reaktionen beteiligt?

  • NADP+ (correct)
  • FADH2
  • NADH
  • FAD+

Was wird als Elektronendonator in Redoxreaktionen bezeichnet?

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

Was geschieht bei einer typischen Redoxreaktion?

<p>Ein Elektron wird von einem Reaktanten auf einen anderen übertragen. (D)</p> Signup and view all the answers

Was passiert im zweiten Schritt der Glykolyse?

<p>Es erfolgt eine Spaltung von C6 in zwei C3 Moleküle. (B)</p> Signup and view all the answers

Welches Enzym ist für die Bildung von D-3-Phosphoglycerat verantwortlich?

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

Was ist das Endprodukt der oxidativen Dekarboxylierung von Pyruvat?

<p>Acetyl-Coenzym A (C)</p> Signup and view all the answers

Welches der folgenden Produkte wird aus einem Molekül Glucose bei der Glykolyse gewonnen?

<p>Phosphoenolpyruvat (A), Dihydroxyacetonphosphat (B)</p> Signup and view all the answers

Welche Aussage beschreibt die Rolle von NAD+ in der Glykolyse?

<p>Es wird reduziert, um Elektronen zu speichern. (B)</p> Signup and view all the answers

Welcher Prozess ist nicht direkt mit dem Citratzyklus verbunden?

<p>Bildung von Mitochondrien (C)</p> Signup and view all the answers

Was ist die Hauptaufgabe des Citratzyklus?

<p>Erzeugung von H-beladenen Coenzymen (C)</p> Signup and view all the answers

Wie viele ATP-Moleküle entstehen aus der vollständigen Oxidation von Glucose?

<p>34 ATP (B)</p> Signup and view all the answers

Welches Molekül dient als finaler Elektronenakzeptor in der aeroben Atmung?

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

Was wird durch die protonenmotorische Kraft (pmf) angetrieben?

<p>ATP-Synthese (A)</p> Signup and view all the answers

Welche der folgenden Aussagen beschreibt den Hauptunterschied zwischen autotrophen und heterotrophen Bakterien?

<p>Autotrophe Bakterien beziehen Kohlenstoff aus Kohlendioxid. (C)</p> Signup and view all the answers

Welcher Prozess ist entscheidend für die Umwandlung von Ammoniak in Nitrat im Stickstoffkreislauf?

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

Was ist das Hauptprodukt des Katabolismus in chemoorganotrophen Organismen?

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

Welche der folgenden Stoffwechseltypen zählt zu den autotrophen Organismen?

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

Welches Enzym ist mit der Umwandlung von Harnstoff in Ammoniak verbunden?

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

Was beschreibt eine exergonische Reaktion im Katabolismus?

<p>Sie setzt Energie frei. (A)</p> Signup and view all the answers

Welches Produkt wird letztlich durch den Prozess der Denitrifizierung hergestellt?

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

Welche Komponente ist kein direkter Bestandteil des Stickstoffkreislaufs?

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

Was ist das Endprodukt der Glykolyse?

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

Welche Funktion hat die Hexokinase in der Glykolyse?

<p>Phosphorylieren von Glucose (D)</p> Signup and view all the answers

Was wird während der ATP-Synthese durch die protonenmotorische Kraft angetrieben?

<p>Phosphorylierung von ADP (C)</p> Signup and view all the answers

Was beschreibt die chemische Potentialdifferenz?

<p>Ungleichheit der Molekülanzahl (C)</p> Signup and view all the answers

Wie viele ATP-Moleküle werden zur Aktivierung von Glucose in der Glykolyse verbraucht?

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

Was charakterisiert den primären Transport über die Membran?

<p>Er ist an eine chemische Reaktion gekoppelt. (B)</p> Signup and view all the answers

Welche Moleküle werden in der Chemoorganotrophie oxidiert?

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

Was beschreibt die elektrische Potentialdifferenz?

<p>Ungleichheit der geladenen Teilchen. (A)</p> Signup and view all the answers

Welches Produkt entsteht aus der Reaktion von ADP und Phosphat?

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

Welcher Weg wird zur Oxidation von Glucose in der Glykolyse verwendet?

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

Welches Enzym nutzt den Protonenfluss zur Synthese von ATP?

<p>ATP-Synthase (A)</p> Signup and view all the answers

Was geschieht bei der Milchsäuregärung im Hinblick auf den Zuckerabbau?

<p>Laktose wird in Glucose umgewandelt und anschließend zu Milchsäure abgebaut. (B)</p> Signup and view all the answers

Was ist eine Gemeinsamkeit der homofermentativen und heterofermentativen Milchsäuregärung?

<p>Beide beziehen sich auf anaerobe Bedingungen. (D)</p> Signup and view all the answers

Welche der folgenden Aussagen über die Atmungskette ist korrekt?

<p>Sie ist eng mit der Bildung von elektrochemischen Gradienten verbunden. (B)</p> Signup and view all the answers

Was definiert heterofermentative Milchsäuregärung im Vergleich zur homofermentativen?

<p>Sie produziert eine Vielzahl von Nebenprodukten, einschließlich Ethanol. (A)</p> Signup and view all the answers

Welches der folgenden Organismen produziert Ethanol bei anaeroben Bedingungen?

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

Welches Substrat wird von Milchsäurebakterien während der Milchsäuregärung verarbeitet?

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

Wie unterscheiden sich homofermentative und heterofermentative Bakterien in ihrer Fähigkeit zur Glykolyse?

<p>Homofermentative Stämme besitzen Aldolase, heterofermentative nicht. (C)</p> Signup and view all the answers

Flashcards

Kohlenstoffquelle (C-Quelle)

Die Quelle, aus der ein Organismus den Kohlenstoff für seinen Stoffwechsel bezieht.

Heterotrophe Bakterien

Bakterien, die ihren Kohlenstoff aus organischen Verbindungen beziehen.

Autotrophe Bakterien

Bakterien, die ihren Kohlenstoff aus Kohlendioxid (CO2) beziehen.

Stickstoffquelle

Die Quelle, aus der der Organismus Stickstoff für seine benötigten Verbindungen wie Proteine und Nukleinsäuren bezieht.

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Stickstoffbindung

Der Prozess, bei dem elementaren Stickstoff in eine für Pflanzen verfügbare Form umgewandelt wird (z.B. Ammonium).

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Rhizobien (Knöllchenbakterien)

Bakterien, die Stickstoff aus der Luft binden und in eine für Pflanzen verfügbare Form umwandeln.

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Nitrifizierung

Der Prozess, bei dem Ammonium zu Nitrit und dann zu Nitrat oxidiert wird.

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Denitrifizierung

Der Prozess, bei dem Nitrat wieder zu molekularem Stickstoff umgewandelt wird.

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Katabolismus

Der Stoffabbau zur Energiegewinnung.

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Chemoorganoheterotroph

Organismen, die Energie aus organischen Verbindungen, Elektronen aus organischen Verbindungen und Kohlenstoff aus organischen Verbindungen beziehen.

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Hexokinase

Enzym, welches Glucose phosphoryliert, indem es ein Phosphat vom ATP auf Glucose überträgt. Der Prozess ist essentiell für den weiteren Abbau von Glucose.

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Substratkettenphosphorylierung

Ein Prozess, bei dem ein Phosphatrest von einem phosphorylierten Zwischenprodukt auf ADP übertragen wird, um ATP zu bilden.

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Glycolyse

Der erste Schritt im Abbau von Glucose zur Energiegewinnung, in dem Glucose zu Pyruvat abgebaut wird. Dazu gehören wichtige Reaktionen wie die Substratkettenphosphorylierung und Aktivierung von Glucose durch ATP.

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Protonenmotorische Kraft (pmf)

Unterschiedliche Konzentration von Protonen (H+) über eine Membran, der ein elektrochemisches Potential darstellt und als Energiequelle für Prozesse wie die ATP-Synthese genutzt werden.

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Primärer Transport

Transport von Molekülen über eine Membran, der direkt an eine chemische Reaktion gekoppelt ist, z.B. ATP-Hydrolyse.

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ATP-Synthetase

Ein Enzym, das ATP aus ADP und Phosphat synthetisiert, angetrieben durch den Protonenfluss.

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Chemoorganotrophie

Energiegewinnung aus der Oxidation organischer Verbindungen.

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Glykolyse

Der Abbau von Glucose zu Pyruvat zur Energiegewinnung, welcher in mehreren Schritten mit Energiegewinnung verläuft.

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Hydrolasen

Katalysieren hydrolytische Spaltungen, indem Wassermoleküle an Bindungen angreifen

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Lyasen

Katalysieren nicht-hydrolytische Spaltungen, oft unter Bildung von Doppelbindungen.

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Isomerasen

Katalysieren Isomerisierungsreaktionen, d.h. Umlagerungen innerhalb eines Moleküls.

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Ligasen

Verknüpfen zwei Moleküle unter ATP-Verbrauch.

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Proteasen

Enzyme, die Proteine durch Hydrolyse spalten.

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Amylase

Enzym, das Stärke zu Dextrin/Maltrose hydrolysiert.

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Katalase

Enzyme, das H2O2 zersetzt.

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Lipase

Enzym, das Fette spaltet

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Laktase

Enzym, das Lactose in Glucose/Galaktose spaltet

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Redoxreaktion

Gekoppelte Oxidationen und Reduktionen, wichtiger Energiemetabolismus-Mechanismus.

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Oxidationsmittel

Elektronenakzeptor in einer Redoxreaktion, nimmt Elektronen auf.

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Reduktionsmittel

Elektronendonator in einer Redoxreaktion, gibt Elektronen ab.

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Elektronenüberträger

Molekül, das Elektronen von einem Molekül zum anderen transportiert.

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Prosthetische Gruppe

Kovalent an Enzyme gebundene Gruppe, oft an Elektronentransfer beteiligt.

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Coenzym

Nicht-proteinanbindendes Molekül, welches an enzymatischen Reaktionen beteiligt ist.

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NAD+/NADH

Coenzym, wichtiger Elektronentransport-Mediator in katabolischen und anabolischen Reaktionen.

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NADP+/NADPH

Coenzym, ist der NAD-Pendant und oft an anabolischen Reaktionen beteiligt.

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β-D-Fructose-1.6-Phosphat

Produkt der Phosphorylierung von β-D-Fructose-6-Phosphat durch Phosphofructokinase.

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Spaltung von C6

Aufspaltung eines 6-C-Moleküls in zwei 3-C-Moleküle.

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D-Glycerinaldehyd-3-phosphat & Dihydroxyacetonphosphat

Produkte der Aldolase-Reaktion (Spaltung von C6).

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Triosephosphatisomerase

Enzym, das die Umwandlung zwischen D-Glycerinaldehyd-3-Phosphat und Dihydroxyacetonphosphat katalysiert.

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D-3-Phosphoglycerat

Produkt der Dehydrogenierung von D-Glycerinaldehyd-3-Phosphat.

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Phosphoglyceratkinase

Enzym, dass D-Glycerinaldehyd-3-Phosphat in D-3-Phosphoglycerat umwandelt.

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Pyruvat

Endprodukt der Glykolyse.

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anaerober Abbau von Pyruvat

Pyruvat wird unter Sauerstoffausschluss zu Lactat/Ethanol abgebaut.

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aerober Abbau von Pyruvat

Pyruvat wird unter Sauerstoffzufuhr zu Acetyl-CoA abgebaut.

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Oxidative Dekarboxylierung

Abbau von Pyruvat unter Abspaltung von CO2 und Bildung von Acetyl-CoA.

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Pyruvat-Dehydrogenase-Komplex

Multi-Enzymkomplex, der die oxidative Dekarboxylierung von Pyruvat katalysiert.

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Acetyl-Coenzym A

Energiereiche Verbindung, das Zwischenprodukt der oxidativen Dekarboxylierung von Pyruvat.

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Glykolyse

Abbau von Glucose zu Pyruvat.

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Citratzyklus (Tricarbonsäurezyklus)

Abbauprozess von Acetly-CoA zu CO2 und Wasser, der wichtige Vorstufen für den Baustoffwechsel liefert. Er findet im Cytoplasma von Prokaryoten statt.

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Acetyl-CoA

Eine Schlüsselverbindung im Citratzyklus; Resultat des Pyruvatabbaus, welches die Acetylgruppe zum Citratzyklus überträgt.

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Citronensäure

Das erste Zwischenprodukt im Citratzyklus; entsteht durch die Reaktion von Acetyl-CoA mit Oxalacetat.

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Oxidation im Citratzyklus

Die Abgabe von Elektronen auf NAD(P)+ in Redoxreaktionen im Citratzyklus.

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Substratstufenphosphorylierung

Energiegewinnung im Citratzyklus, durch die Synthese von GTP.

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Reduktionsäquivalente

H-beladene Coenzyme (z.B. NADH/H+), die im Citratzyklus gebildet werden und in der Atmungskette weiterverarbeitet werden.

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Atmungskette

Schlussstadium der Zellatmung; Elektronen, die im Citratzyklus übertragen wurden, werden hier auf Sauerstoff übertragen.

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Protonenmotorische Kraft (pmf)

Der Energiegewinn aus der Elektronenübertragung, der in der Atmungskette aufgebaut wird und für die ATP-Synthese genutzt wird.

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ATP-Synthese

Der Prozess, bei dem aus ADP und Phosphat unter Nutzung der pmf ATP gebildet wird.

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Bilanz der Glucose-Oxidation

Die Gesamtheit der bei der vollständigen Oxidation von Glucose gewonnenen Produkte und Energieumsatz.

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Protonentranslokation

Die Übertragung von Protonen (Wasserstoffionen) über eine Membran in den Intermembranraum.

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osmotisches Potential

Druckunterschied durch unterschiedliche Konzentration an Protonen.

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ATP-Synthese

Bildung von ATP aus ADP und Phosphat, angetrieben vom Protonen-Fluss durch die ATP-Synthase.

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Redoxreaktion (Atmungskette)

Elektronenübertragungsprozesse die die Protonentranslokation und damit die ATP-Synthese antreiben.

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Atmungskette - ATP Ertrag

34 ATP-Moleküle werden bei der Atmungskette pro Glucosemolekül gebildet.

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Gärung (anaerobe Bedingungen)

Energiegewinnung ohne Sauerstoff, bei fehlender Sauerstoff als Elektronenakzeptor.

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Gärungsprodukte

Produkte wie Ethanol und Milchsäure, die bei der Gärung entstehen.

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Milchsäuregärung

Gärungsprozess, bei dem Glucose zu Milchsäure (Laktat) abgebaut wird, genutzt von Milchsäurebakterien.

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Substratkettenphosphorylierung

Direkte Energiegewinnung durch die Übertragung von Phosphat auf ADP zu ATP.

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homofermentative Stämme

Milchsäurebakterienart, die nur Milchsäure als einziges Gärungsprodukt erzeugen.

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heterofermentative Stämme

Milchsäurebakterienart, deren Gärung auch andere Produkte als Milchsäure erzeugt.

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Alkoholische Gärung

Gärungsprozess, bei dem Glukose zu Ethanol und Kohlendioxid umgewandelt wird, genutzt von Hefen.

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Study Notes

Stoffwechsel

  • Stoffwechsel (Metabolismus) umfasst alle chemischen Reaktionen in Lebewesen.
  • Er unterteilt sich in Katabolismus (Abbau) und Anabolismus (Aufbau).
  • Metabolite sind die beteiligten chemischen Verbindungen.
  • Stoffwechselwege sind Abfolgen von enzymkatalysierten Reaktionen.
  • Intermediärstoffwechsel umfasst die Wege zum Aufbau, Abbau und Umbau von wichtigen Metaboliten, sowie der Energiekonservierung.

Stoffwechseltypen

  • Produzenten (z.B. Pflanzen) wandeln Lichtenergie in chemische Energie um (Photosynthese) und erzeugen Biomasse, liefern Sauerstoff und Nahrung für Konsumenten.
  • Konsumenten (Pflanzenfresser, Fleischfresser) benötigen Pflanzen/andere Lebewesen als Nahrung.
  • Destruenten (z.B. Mikroorganismen) bauen abgestorbene Materie in niedermolekulare Nährstoffe um.

Mikroorganismen

  • Heterotrophe Mikroorganismen benötigen Kohlenstoffquellen und Stickstoffquellen.
  • Unterteilung in Bezug auf Energiequelle und Elektronendonator - Phototrophe Bakterien: Lichtenergie - Chemotrophe Bakterien: chemische Reaktionen
  • Organotrophe Bakterien: organische Verbindungen als Elektronenquelle
  • Lithotrophe Bakterien: anorganische Verbindungen als Elektronenquelle
  • Phototroph: Pflanzen

Kohlenstoffquelle (C-Quelle)

  • Heterotrophe Bakterien: beziehen Kohlenstoff aus organischen Verbindungen (z.B. Aminosäuren, Zucker).
  • Autotrophe Bakterien beziehen Kohlenstoff aus Kohlendioxid (CO2) durch Photosynthese.

Stickstoffquelle

  • Stickstoff ist wichtig für Proteine und DNA.
  • Er kann in organischen und anorganischen Verbindungen vorkommen.
  • Mikroorganismen nehmen Stickstoff über verschiedene Wege auf (z.B. Rhizobien, Stickstofffixierende Bodenbakterien, Urease).

Stoffwechseltypen (Einteilung)

  • Photoorganoheterotroph
  • Photolithoautotroph
  • Chemoorganoheterotroph
  • Chemolithoheterotroph
  • Chemolithoautotroph
  • Einteilung anhand Energiequelle, Elektronenquelle und Kohlenstoffquelle.

Katabolismus

  • Stoffabbau
  • Chemoorganotropher Stoffwechsel
  • Abbaureaktionen
  • Energiegewinnung (ATP)
  • Zellatmung

Anabolismus

  • Stoffaufbau
  • Synthese von Zellmaterial
  • Nutzung von Energie (ATP)
  • Bsp.: Proteinbiosynthese

Energiekopplung

  • Energieaustausch zwischen anabolen und katabolen Reaktionen.

Bioenergetik

  • Behandelt Energieumwandlungen in Lebewesen.
  • Energie als Fähigkeit Arbeit zu verrichten.
  • Gibbs-Helmholtz-Gleichung
  • Exergone Reaktionen (Energiefreisetzung) AG<0
  • Endergone Reaktionen (Energiebedarf) AG>0

Enzyme

  • Proteine, die biochemische Reaktionen katalysieren.
  • Senken Aktivierungsenergie für Reaktionen.
  • Spezifität (Substratbindung) und Wirksamkeit (Reaktionsbeschleunigung)
  • wichtige Enzyme: Oxidoreduktase, Transferase, Hydrolase, Lyase, Isomerase, Ligase

Redoxreaktionen

  • gekoppelte Oxidationen und Reduktionen
  • Elektronentransfer zwischen Molekülen
  • Wichtig für Energiespeicherung.
  • Bsp.: NAD+/NADH (Coenzym).

ATP/ADP System

  • ATP: Energieeinheit des Stoffwechsels
  • Spaltung von ATP-> ADP+P= Energiefreisetzung
  • Aufbau von ATP-> ADP+P= Energiekonservierung
  • Hexokinase als Beispiel für Enzyme, die Phosphate an Moleküle anlagern/abspalten

Biophysikalische Energiespeicher

  • Potentialdifferenz (elektrochemisch)
  • Konzentrationsgradient, elektrisches Potential, Membranpotential ist wichtig für Stofftransport über Membranen.

Transport über Membranen

  • Primärer Transport (ATP-abhängig)
  • Bsp.: Protonenpumpe
  • Sekundärer Transport (Konzentrationsgradienten ausgenutzt)

Chemoorganotrophie

  • Energiegewinnung aus organischen Verbindungen (z.B. Glykolyse, Citratzyklus, Atmungskette).

Glykolyse

  • Abbau von Glucose zu Pyruvat
  • Energiegewinnung (2 ATP)
  • Zwischenprodukte (D-Glycerinaldehyd-3-phosphat, Phosphoenolpyruvat).

Atmung

  • Endliche Elektronenakzeptor (O2)
  • Entstehen von ATP
  • wichtige Schritte: NADH, FADH2, Elektronentransportkette, ATP-Synthese

Gärung

  • Energiegewinnung ohne Sauerstoff (anaerob)
  • Heterofermentativ (Diverse Produkte)
  • Homofermentativ (ein Produkt)
  • Bsp.: Milchsäuregärung, Alkoholische Gärung.

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