Stoffwechsel: Katabolismus und Anabolismus
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Questions and Answers

Was versteht man unter Metabolismus?

  • Die Gesamtheit der chemischen Umwandlungen in einer Zelle (correct)
  • Die Ausschüttung von Hormonen
  • Die Mechanik des Zellwachstums
  • Die Umwandlung von physikalischen Energieströmen

    • Intermediärstoffwechsel bezieht sich ausschließlich auf den Auf- und Abbau von Metaboliten.

    False

    Nenne eine Quelle, die für heterotrophe Mikroorganismen wichtig ist.

    Kohlenstoffquelle

    Die chemischen Verbindungen, die am Metabolismus beteiligt sind, nennt man ______.

    <p>Metabolite</p> Signup and view all the answers

    Ordnen Sie die Nährstoffe den typischen Quellen für heterotrophe Mikroorganismen zu:

    <p>Kohlenstoffquelle = Energiequelle Stickstoffquelle = Baustoff für Proteine anorganische Salze = Mineralstoffe Spurenelemente = Kofaktoren für Enzyme</p> Signup and view all the answers

    Welche der folgenden Enzyme sind mit der Hydrolyse von Proteinen verbunden?

    <p>Proteasen</p> Signup and view all the answers

    Amylase hydrolysiert Stärke zu Glucose und Fruktose.

    <p>False</p> Signup and view all the answers

    Was ist die Hauptfunktion von Laktase?

    <p>Spaltung von Lactose in Glucose und Galaktose</p> Signup and view all the answers

    Ligasen verknüpfen zwei Moleküle unter ___________ Verbrauch.

    <p>ATP</p> Signup and view all the answers

    Ordne die folgenden enzymatischen Funktionen den jeweiligen Enzymen zu:

    <p>Katalase = Hydrolyse von Proteinen Lipase = Fettspaltung Amylase = Hydrolyse von Stärke Laktase = Spaltung von Lactose</p> Signup and view all the answers

    Was ist der Rolle von A in einer Redoxreaktion?

    <p>Reduktionsmittel</p> Signup and view all the answers

    B ist der Elektronenakzeptor in einer Redoxreaktion.

    <p>True</p> Signup and view all the answers

    Was passiert mit NAD+ während einer Redoxreaktion?

    <p>Es wird zu NADH reduziert.</p> Signup and view all the answers

    Die oxidierte Form von NAD ist ______.

    <p>NAD+</p> Signup and view all the answers

    Welche der folgenden Gruppen transportiert Elektronen in Redoxreaktionen?

    <p>Prosthetische Gruppen</p> Signup and view all the answers

    Ordne die Coenzyme ihrer Funktion zu:

    <p>NAD+ = Oxidation von Substraten NADH = Reduktion von Substraten NADP+ = Anabole Reaktionen NADPH = Katabolische Reaktionen</p> Signup and view all the answers

    NADH wirkt als Oxidationsmittel in chemischen Reaktionen.

    <p>False</p> Signup and view all the answers

    Welche Reaktion beschreibt die Knallgasreaktion?

    <p>Die Reaktion von Wasserstoff und Sauerstoff zu Wasser.</p> Signup and view all the answers

    Welche Energiequelle nutzen phototrophe Bakterien?

    <p>Lichtenergie</p> Signup and view all the answers

    Organotrophe Bakterien beziehen ihre Elektronen aus anorganischen Verbindungen.

    <p>False</p> Signup and view all the answers

    Nennen Sie zwei Beispiele für Kohlenstoffquellen von heterotrophen Bakterien.

    <p>Aminosäuren, Zucker</p> Signup and view all the answers

    Chemotrophe Bakterien gewinnen Energie aus ______.

    <p>chemischen Reaktionen</p> Signup and view all the answers

    Ordnen Sie die folgenden Bakterientypen ihrer Kohlenstoffquelle zu:

    <p>Heterotrophe Bakterien = Organische Verbindungen Autotrophe Bakterien = Kohlendioxid (CO2) Organotrophe Bakterien = Organische Verbindungen Lithotrophe Bakterien = Anorganische Verbindungen</p> Signup and view all the answers

    Welche der folgenden Aussagen über die Anpassungsfähigkeit von Bakterien ist korrekt?

    <p>Bakterien haben eine enorme Stoffwechselvielfalt.</p> Signup and view all the answers

    Alle Bakterien benötigen Stickstoff in ihrer Ernährung.

    <p>True</p> Signup and view all the answers

    Was ist der Hauptbestandteil von DNA/RNA, der auch für Bakterien wichtig ist?

    <p>Stickstoff</p> Signup and view all the answers

    Die chemische Speicherung von Lichtenergie erfolgt häufig durch ______ betreibende Bakterien.

    <p>Photosynthese</p> Signup and view all the answers

    Welche der folgenden Aussagen beschreibt am besten lithotrophe Bakterien?

    <p>Sie beziehen ihre Elektronen aus anorganischen Verbindungen.</p> Signup and view all the answers

    Was entsteht bei der Verzweigung eines Moleküls durch α-1,6-glykosidische Verknüpfung?

    <p>Amylopektin</p> Signup and view all the answers

    Die Glykolyse benötigt kein ATP für den Prozess.

    <p>False</p> Signup and view all the answers

    Wie viele ATP werden bei der aeroben Atmung theoretisch pro NADH produziert?

    <p>3</p> Signup and view all the answers

    Was ist das hauptsächliche Gärungsprodukt von Milchsäurebakterien?

    <p>Milchsäure</p> Signup and view all the answers

    Die Oxidation des Pyruvats verbindet die Glykolyse mit dem __________.

    <p>Citratzyklus</p> Signup and view all the answers

    Ordnen Sie die Enzyme den entsprechenden Funktionen zu:

    <p>NADH Dehydrogenase = Pumpt Protonen Succinatdehydrogenase = Oxidiert Succinat Cytochrom-bc1 Komplex = Überträgt Elektronen Cytochromoxidase = Reduziert Sauerstoff</p> Signup and view all the answers

    Milchsäurebakterien sind obligate Aerobier.

    <p>False</p> Signup and view all the answers

    Nenne zwei Gattungen von homofermentativen Milchsäurebakterien.

    <p>Streptococcus und Lactococcus</p> Signup and view all the answers

    Welcher Prozess erfolgt während der aeroben Atmung?

    <p>Redoxreaktionen</p> Signup and view all the answers

    Sauerstoff dient als finaler Elektronenakzeptor in der anaeroben Atmung.

    <p>False</p> Signup and view all the answers

    Lactose besteht aus D-Galactose und D-__________.

    <p>Glucose</p> Signup and view all the answers

    Nennen Sie das Hauptprodukt der oxidativen Dekarboxylierung von Pyruvat.

    <p>Acetyl-CoA</p> Signup and view all the answers

    Ordne die Gärungsarten den entsprechenden Beispielen zu:

    <p>Homofermentative = Streptococcus Heterofermentative = Leuconostoc Alkoholische Gärung = Hefearten Milchsäuregärung = Milchprodukte</p> Signup and view all the answers

    Welche Bakterien haben keine Aldolase?

    <p>Leuconostoc</p> Signup and view all the answers

    Bei der Verbrennung von Wasserstoff und Sauerstoff entsteht __________.

    <p>Wasser</p> Signup and view all the answers

    Die alkoholische Gärung produziert mehr ATP als die Milchsäuregärung.

    <p>False</p> Signup and view all the answers

    Ordnen Sie die Begriffe den richtigen Beschreibungen zu:

    <p>Glykolyse = Zuckerabbau in zwei Pyruvatmolekülen Citratzyklus = Erzeugung von Coenzymen und Reduktionsäquivalenten Atmungskette = ATP-Synthese durch Protonenstrom</p> Signup and view all the answers

    Was ist die Hauptaufgabe des Citratzyklus?

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

    Was benötigen Mikroorganismen zur Regeneration von NAD+ während der alkoholischen Gärung?

    <p>Sauerstoff</p> Signup and view all the answers

    Die Protonenmotorische Kraft wird durch den Fluss von Elektronen erzeugt.

    <p>True</p> Signup and view all the answers

    Die Milchsäuregärung ist ein __________ Prozess.

    <p>anaerober</p> Signup and view all the answers

    Was ist das Ergebnis der ATP-Synthese in der aeroben Atmung?

    <p>ATP</p> Signup and view all the answers

    Welche der folgenden Zuckerquellen nutzen Milchsäurebakterien hauptsächlich?

    <p>Laktose</p> Signup and view all the answers

    Die beiden Haupttypen der Atmung sind __________ und __________.

    <p>aerob, anaerob</p> Signup and view all the answers

    Study Notes

    Stoffwechsel

    • Stoffwechsel umfasst alle chemischen Vorgänge in einer lebenden Zelle oder einem Organismus.
    • Die beteiligten chemischen Verbindungen heißen Metabolite.
    • Stoffwechselwege sind enzymkatalysierte Reaktionen.
    • Intermediärstoffwechsel umfasst die Stoffwechselwege, die dem Auf-, Ab- und Umbau wichtiger Metabolite sowie der Energiekonservierung dienen.

    Inhalt

    • Katabolismus: Energiegewinnung durch Abbau von Substanzen.
      • Allgemeines zur Energiegewinnung
      • Glykolyse
      • Citronensäurezyklus
      • Atmungskette
      • Gärungen
    • Anabolismus: Aufbau von Substanzen durch Energiezufuhr.
      • Anabolismus

    Nährstoffe für heterotrophe Mikroorganismen

    • Kohlenstoffquelle
    • Stickstoffquelle
    • Anorganische Salze (z. B. PO43-, Mg2+, Fe2+, Ca2+, S-, K+)
    • Spurenelemente (z. B. Mn, Co, Zn, Cu, Ni, Na, Se, Si, Wo)
    • Stoffe für auxotrophe Mikroorganismen (optional)
    • Optimaler pH-Wert
    • Optimale Temperatur

    Metabolismus

    • Produzenten (z. B. Pflanzen) nutzen Lichtenergie, um CO₂ in organische Stoffe umzuwandeln.
    • Destruenten (z. B. Mikroorganismen) bauen organische Stoffe ab und setzen CO₂ frei.
    • Konsumenten (z. B. Pflanzenfresser, Fleischfresser) nehmen organische Stoffe auf und nutzen diese als Energiequelle.
    • Bakterien zeigen eine enorme Anpassungsfähigkeit aufgrund ihrer Stoffwechselvielfalt.

    Enorme Stoffwechselvielfalt der Mikroorganismen

    • Energiequelle: Phototrophe Bakterien (Lichtenergie) und Chemotrophe Bakterien (chemische Reaktionen).
    • Elektronendonator: Organotrophe Bakterien (organische Verbindungen) und Lithotrophe Bakterien (anorganische Verbindungen).
    • Kohlenstoffquelle: Autotrophe Bakterien (CO₂) und Heterotrophe Bakterien (organische Verbindungen).

    Stoffwechseltypen

    • Licht als Energiequelle, organische bzw anorganische Verbindungen als Elektronenquelle, organische bzw anorganische Verbindungen als Kohlenstoffquelle.
    • Tabelle mit verschiedenen Stoffwechseltypen nach Energiequelle, Elektronenquelle und Kohlenstoffquelle.

    Stickstoffquelle

    • Stickstoff ist neben Kohlenstoff ein wichtiger Bestandteil von Proteinen und DNA/RNA.
    • Stickstoff kann in organischen oder anorganischen Verbindungen vorkommen (z. B. Ammoniak, Nitrat, N₂).
    • Stickstofffixierung (z. B. Rhizobien) ist der Prozess, bei dem atmosphärischer Stickstoff in eine nutzbare Form umgewandelt wird.

    Katabolismus

    • Katabolismus ist der Abbau von organischen Verbindungen, um Energie freizusetzen.
    • Die dabei freigesetzte Energie wird in Form von ATP gespeichert.
    • Beispiel: Zellatmung, bei der Stärke oder Glykogen abgebaut wird und Energie in Form von CO₂, H₂O und ATP freigesetzt werden.

    Anabolismus

    • Anabolismus ist der Aufbau von organischen Verbindungen durch Energiezufuhr.
    • Bei diesem Prozess wird ATP verbraucht.
    • Beispiel: Synthese von Proteinen aus Aminosäuren, Stärke aus Glucose.

    Energiekopplung

    • Energiehaltige Nährstoffe (Kohlenhydrate, Fette, Proteine) werden durch katabole Prozesse abgebaut.
    • Die freiwerdende Energie wird genutzt, um anabole Prozesse anzutreiben.

    Bioenergetik

    • Bioenergetik befasst sich mit den Energieumwandlungen in lebenden Organismen.
    • Energie wird in Joule (J) gemessen.
    • Bakterien müssen Energie konservieren.

    Gibbs-Helmholtz-Gleichung

    • Die Gibbs-Helmholtz-Gleichung beschreibt die Änderung der freien Energie (ΔG) in einer chemischen Reaktion.
    • ΔG = ΔH – TΔS
    • Reaktionen mit ΔG < 0 laufen spontan ab.

    Bioenergetische Grundlagen

    • Exergone Reaktion: Spontane Reaktion, bei der Energie freigesetzt wird (ΔG < 0).
    • Endergone Reaktion: Nicht-spontane Reaktion, die Energie benötigt (ΔG > 0).

    Anwendung von Enzymen

    • Enzyme sind Proteine, die biochemischen Reaktionen katalysieren und dabei die Aktivierungsenergie senken, um die Reaktionsgeschwindigkeit zu erhöhen.
    • Enzyme benötigen kein hohen Temperaturen oder Druck wie chemische Katalysatoren.
    • Enzyme wirken häufig spezifisch auf Substrate.

    Enzymklassen

    • Liste verschiedener Enzymklassen (z. B. Oxidoreduktasen, Transferasen, Hydrolasen, Lyasen, Isomerasen, Ligasen).
    • Alle Enzyme katalysieren spezifische Reaktionen.

    Enzyme und ihre Verwendung

    • Beispiele für Enzyme und ihre Verwendung in verschiedenen Bereichen (z. B. Waschmittelzusätze, Textilindustrie, Verdauung, Konservierung von Nahrungsmitteln, Lebensmittelverarbeitung).

    Redoxreaktionen

    • Redoxreaktionen umfassen Oxidation (Elektronenabgabe) und Reduktion (Elektronenaufnahme).
    • Elektronenübertragung bei Redoxreaktionen wird mit Elektronenüberträgern wie Prosthetiche Gruppen und Coenzymen ermöglicht.
    • NAD+ und FAD können Elektronen aufnehmen und als Coenzymen fungieren, um Oxidations-/ Reduktions-Reaktionen zu vollziehen.
    • Redoxreaktionen spielen eine wichtige Rolle bei der Energiegewinnung und -speicherung in biologischen Systemen.

    Biochemischer Energiespeicher

    • ATP ist der wichtigste biochemische Energiespeicher in Zellen.
    • Energie kann durch Hydrolyse von ATP in ADP und Phosphat freigesetzt werden.
    • ATP dient als Carrier für Phosphatgruppen in vielen anabolen Reaktionen

    Biophysikalischer Energiespeicher

    • Membranpotentiale und Konzentrationsgradienten speichern Energie als elektrochemische Potentiale.

    Transport über die Membran

    • Primärer Transport: Transport gegen das Konzentrationsgefälle, Energie aus ATP-Hydrolyse. (zB. Protonenpumpe)
    • Sekundärer Transport: Energie aus dem Konzentrationsgefälle anderer Substanz wird genutzt. (z. B. Symport, Antiport)

    ATP-Synthasen

    • ATP-Synthase ist ein Enzym, das ATP aus ADP und Phosphat unter Verwendung von Energie aus dem Protonengradienten synthetisiert. -F0 = Kanal für Protonen -F1 = Enzymkomplex für ATP-Synthese

    Zusammenfassung

    • Überblick über verschiedene Stoffwechselprozesse (z. B. Glykolyse, Citronensäurezyklus, Atmungskette, Gärungen).

    Chemoorganotrophie

    • Ein zentraler Abbauweg zur Oxidation organischer Verbindungen.
    • Wichtige Stoffwechselpfade (z. B. Glykolyse, Citratzyklus)

    Abbau von Kohlenhydraten

    • Kohlenhydrate werden zu Pyruvat abgebaut.
    • Weiterer Abbau von Pyruvat durch aerobe (Atmung) oder anaerobe Stoffwechselwege (zB Gärung).
    • Unterschiedliche Pfade und Ergebnisse.

    Glykolyse

    • Abbauweg für Glucose zum Pyruvat unter Energiegewinnung.
    • Folgende Schritte: Glucoseaktivierung, Spaltung in zwei C3-Moleküle, Dehydrogenierung , Substratkettenphosphorylierung, Bildung von Pyruvat.

    Pyruvat Abbau

    • Abhängig vom Vorhandensein von Sauerstoff (aerob oder anaerob)
    • Anaerobe Bedingung: Gärung zu Laktat oder Ethanol.
    • Aerobe Bedingung: Oxidative Dekarboxylierung zu Acetyl-CoA

    Citratzyklus

    • Vollständige Oxidation der Acetylgruppe (Acetyl-CoA)
    • Akzeptormoleküle und deren Oxidation/Reduktion
    • Gewinnung von Reduktionsäquivalenten (z. B. NADH + H⁺, FADH₂), die für die Atmungskette benötigt werden.
    • Substratkettenphosphorylierung von GTP
    • Wichtige Stoffwechselschritte und -enzyme

    Atmung

    • Chemoorganotrophe Mikroorganismen übertragen Elektronen, bei der Oxidation organischer Verbindungen an ein externes Elektronenakzeptor.
    • Sauerstoff als finaler Elektronenakzeptor in der Zellatmung.
    • Protonenmotorische Kraft (pmf) treibt die ATP-Synthese an.

    Zusammenfassung der wichtigsten Stoffwechselwege zur Energiegewinnung

    • Aerobe Atmung
    • Anaerobe Atmung/ Gärung

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    Description

    In diesem Quiz erforschen wir den Stoffwechsel, der alle chemischen Vorgänge in lebenden Zellen umfasst. Es werden grundlegende Konzepte wie Katabolismus und Anabolismus sowie wichtige Stoffwechselwege wie Glykolyse und Citronensäurezyklus behandelt. Testen Sie Ihr Wissen über Mikronährstoffe und die Bedingungen für den Stoffwechsel heterotropher Mikroorganismen.

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