Zelluläre Energieumwandlung - Stoffwechselwege

Zelluläre Energieumwandlung (ZE)

• Zelluläre Energieumwandlung (ZE) befasst sich mit katabolen und anabolen Stoffwechselwegen.
• Katabolismus dient der Energiegewinnung aus Brennstoffen (z.B. Glucose) unter Freisetzung von nutzbarer Energie (ATP) in Form von CO2 und H2O.
• Anabolismus verwendet nutzbare Energie (ATP), um aus einfachen Vorstufen komplexe Moleküle aufzubauen (z.B. Synthese von Glucose, Fetten).
• Phototrophe Organismen gewinnen Energie aus Sonnenlicht.
• Chemotrophe Organismen gewinnen Energie aus oxidierbaren Verbindungen.
• Der Stoffwechsel kann als die Geschichte der Wanderung von Elektronen dargestellt werden.
• Stoffwechselwege haben drei wiederkehrende Muster.

Lernziele

• Unterschied zwischen katabolen und anabolen Stoffwechselwegen erklären.
• Ursprung der Energie zum Aufbau von ATP in den Zellen erklären.
• Den Metabolismus als Geschichte der Elektronenwanderung verstehen.
• Drei wiederkehrende Muster in Stoffwechselwegen aufzählen.

Stoffwechselübersicht

• Der Stoffwechsel ist eine komplexe Interaktion verschiedener Stoffwechselwege.
• Eine Übersicht über Stoffwechselwege ist als komplexes Netzwerk dargestellt, das verschiedene Verbindungen und Prozesse miteinander verbindet.
• Der zentrale Punkt in der Übersicht ist die Glucose.

Erste Unterteilung des Stoffwechsels

• Katabole Reaktionen (Katabolismus): Brennstoffe werden abgebaut in CO2, H2O und nutzbare Energie (z.B. ATP).
• Anabole Reaktionen (Anabolismus): Einfache Vorstufen werden zu komplexen Molekülen aufgebaut (z.B. Glucose, Fette).

Katabolismus als hydroelektrisches System

• Katabolismus kann mit einem hydroelektrischen System verglichen werden.
• Im System fließen Elektronen bergab von einer hohen potentiellen Energie zu einer niedrigen (exergon).
• Diese Energie wird im System abgebaut, um andere Prozesse anzutoben.

Entstehung eines Stoffwechselweges

• Stoffwechselwege entstehen durch Sequenzierung spezifischer Einzelreaktionen.
• Einzelreaktionen werden energetisch durch Kopplungsstrategien optimiert und begünstigt (AG<0).
• Eine wichtige Kopplungsreaktion ist die Umsetzung von ATP zu ADP + Phosphat.

Kohlenstoff-Verbindungen als Energiequelle

• Im menschlichen Körper liegen ca. 100 g ATP pro Tag zur Verfügung (in Ruhe)
• Bei 2 h Jogging liegen ca. 40-60 kg ATP für Energiegewinnung pro 24h zur Verfügung
• Glucose, Fettsäuren sind wichtige Brennstoffe
• Die Energie aus der Oxidation von Brennstoffen wird zur ATP-Bildung genutzt.

Elektronentransport

• Leben wird durch Elektronentransfer, angetrieben von Energie vom hohen zum niedrigen Potenzial beeinflusst.
• Die Energie wird durch Photonen in Elektronen umgewandelt.

Energieumwandlung = Elektronenwanderung

• Oxidation von Molekülen wird verwendet um Elektronen zu bewegen und ATP zu produzieren.
• ATP-Produktion ist ein wichtiger Prozess, der sich auf mehrere Stoffwechselwege konzentriert.
• Elektronentransportketten, für Zellatmung, nutzen diese Prinzipien.

Stoffwechselwege greifen ineinander

• Stoffwechselwege sind miteinander gekoppelt und beeinflussen sich gegenseitig.
• Glykolyse, Pyruvat-Oxidation und Citratzyklus sind Beispiele für miteinander verknüpfte Wege.
• Oxidative Phosphorylierung ist ein wichtiger Prozess, der Energie für die Synthese von ATP nutzt.

Ionengradienten und Energiegewinnung

• Der Aufbau von Ionengradienten ist eine essentiell wichtige Energieform in Zellen.
• Dieser Gradient treibt die Synthese von ATP an.
• Wichtige Arten der Energiegewinnung sind Glykolyse, Citratzyklus und Oxidative Phosphorylierung.

Wiederkehrende Muster in Stoffwechselwegen

• Aktivierte Trägermoleküle (z.B., NAD(P)H, FAD, Coenzym A) spielen eine Schlüsselfunktion
• Ähnliche oder gleiche Schlüsselreaktionen wiederholen sich.
• Drei Arten von Stoffwechselregulation.

Aktivierte Trägermoleküle

• Gemeinsames Merkmal dieser Moleküle ist die Basis auf ähnlichen Grundgerüsten, die sich aber durch reaktive Gruppen unterscheiden.

Sechs Reaktionstypen

• Die Reaktionstypen dienen zur Beschleunigung der Reaktionen im Stoffwechsel (z.B. Reduktion/Oxidationen oder Hydrolyse).

Regulation von Stoffwechselwegen

• Kontrolle der (1.) Enzymaktivität, der Enzymenge, (3.) Substratverfügbarkeiten der (4.) Zell Energieladung.

Zusammenfassung

• Anabole, katabole und amphibole Stoffwechselwege.
• Katabolismus als Transfer von Elektronen (Reduktionsäquivalente).
• Wiederkehrende Carrier, Reaktionstypen und Regulationsmechanismen im Stoffwechsel.

Dieses Quiz behandelt die beiden Hauptkomponenten des Stoffwechsels: Katabolismus und Anabolismus. Du wirst lernen, wie Energie aus Brennstoffen gewonnen wird und welche Rolle ATP dabei spielt. Außerdem wird erklärt, wie Phototrophe und Chemotrophe Organismen Energie nutzen und welche Muster in den Stoffwechselwegen vorkommen.