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Wie lautet die allgemeine Reaktionsformel für die aerobe Zellatmung?

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Was versteht man unter heterotropher Energiegewinnung?

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Lebewesen die sich heterotroph ernähren, müssen über die Nahrung organisch Verbindungen aufnehmen, welche sie dann in Energie umwandeln. Den Abbau dieser organischen Stoffe nennt man Zellatmung.

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In welche drei Vorgänge lässt sich die aerobe Zellatmung einteilen? Wo finden diese Schritte statt?

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  1. Glykolyse im Cytoplasma
  2. Citratzyklus (auch: Zitronensäurezyklus) bei Eukaryoten im Mitochondrium, bei Prokaryoten im Cytoplasma
  3. Atmungskette im Mitochondrium
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Was ist die anaerobe Zellatmung?

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Man spricht von anaerober Zellatmung, wenn anstelle von Sauerstoff ein anderes Oxidationsmittel verwendet wird. Bei der anaeroben Zellatmung schließt sich nach der Glykolyse die Gärung an. Diese kann entweder eine Milchsäuregärung oder eine alkoholische Gärung sein. Je nach dem, kommen Kohlenstoffdioxid und entweder Milchsäure oder Ethanol als Endprodukte raus. Bei der anaeroben Zellatmung können nur bis zu 2 ATP gewonnen werden.

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In welche zwei Teilschritte lässt sich die Glykolyse zerteilen?

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  1. Spaltung des C6-Körpers Glucose in zwei C3-Körper.
  2. Oxidation der C3-Körper und Gewinnung von ATP und NADH/H+.
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Wie lautet die Bilanz der Glykolyse?

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Wie lautet die Bilanz der oxidativen Decarboxylierung?

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Was sind die grundlegenden Reaktionen bei einer oxidativen Decarboxylierung?

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Die oxidative Decarboxylierung besteht aus zwei Teilen. Zum einen wird bei einer Decarboxylierung eine Carboxygruppe (-COOH) als Kohlendioxid abgespaltet.  Zum anderen wird das Molekül oxidiert

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Erkläre die Schritte der oxidativen Decarboxylierung von Pyruvat.

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Bei der Decarboxylierung von Pyruvat entsteht Acetat. Bei der Oxidation von Pyruvat werden zwei Wasserstoffatome auf NAD+ übertragen. Dieser Komplex wird der Atmungskette zugeführt. Dort wird er für die Reduktion von Sauerstoff verwendet. Acetat wird anschließend an das Coenzym A (CoA) gebunden und so aktiviert. Das Produkt nennt man Acetyl-CoA.

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In welche zwei Phasen kann der Citratzyklus eingeteilt werden?

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Der Citratzyklus kann in zwei Phasen aufgeteilt werden:

  1. Abbau des Kohlenstoffgerüst (C6 --> C4)
  2. Wiederherstellung von Oxalacetat (C4 --> C4)
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Zeichne ein Schema des Citratzyklus.

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Erkläre den Ablauf der ersten Phase des Citratzyklus.

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Zunächst wird die Acetylgruppe mit Hilfe von Wasser auf Oxalacetat übertragen. Dabei wird das Coenzym A abgespaltet und Citrat  entsteht.   Citrat wird zu Isocitrat umgewandelt. Es folgen zwei oxidative Decarboxylierungen. Zuerst wird Citrat zu α-Ketogluterat umgesetzt. Dies geschieht  unter Abspaltung von Kohlenstoffdioxid und der Übertragung von Wasserstoff auf NAD+. Anschließend läuft mit Hilfe des Coenzyms A der gleiche Vorgang ab. Aus α-Ketogluterat entsteht Succinyl-CoA. Somit wurden 2 NADH/H+ gewonnen.

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Erkläre den Ablauf der zweiten Phase des Citratzyklus.

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Die zweite Phase dient dazu, Oxalacetat zu regenerieren. Succinyl-CoA wird zu Succinat  hydrolisiert. Dabei wird das Coenzym A abgespaltet und ein energiereiches Guanosintriphosphat (GTP) entsteht. Dieses GTP kann zu einem ATP umgewandelt werden. In der nachfolgenden Oxidation wird das Succinat zu Fumarat . Dabei werden zwei Wasserstoff auf FAD übertragen. Durch die Addition von Wasser zu Fumarat, entsteht Malat. Im letzten Schritt des Citratzyklus wird unter Energiegewinnung Malat in Oxalacetat umgewandelt. Es wurden im zweiten Schritt 1 ATP (bzw. GTP), 1 FADH2 und 1 NADH/H+ gewonnen.

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Wie lautet die Bilanz des Citratzyklus?

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Wozu dient die Atmungskette?

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In der Atmungskette werden die Elektronencarrier (NADH/H+, FADH2) in ATP umgewandelt. Dabei oxidieren die Wasserstoffatome mit Wasser.

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Wie heißen die 4 Komplexe der Atmungskette?

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Komplex I: NADH-Ubichinon-Oxidoreduktase

Komplex II: Ubichinon - Oxidoreduktase oder Succinat-Dehydrogenase

Komplex III: Cytochrom c - Oxidoreduktase

Komplex IV: Cytochrome c - Oxidase

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Was passiert im Komplex I der Atmungskette?

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Das im Citratzyklus generierte NADH/H+ wird zu NAD+ oxidiert und gibt seine zwei Protonen und Elektronen an FMN ab. FMN wird zu .  wird oxidiert und reicht seine zwei Elektronen an ein Eisen-Schwefel-Cluster weiter. Die zwei Elektronen reduzieren mit einem Zwischenschritt Ubichinon () zu Ubichinol (). Bei diesem Prozess werden 4 Protonen von der Mitochondrien Matrix in den Intermembranraum gepumpt.

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Was passiert im Komplex II der Atmungskette? 

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Komplex II ist das Succinat-Dehydrogenase Enzym aus dem Citratzyklus. Succinat wird hier zu Fumarat oxidiert. Dabei werden zwei Elektronen auf FAD übertragen ( -> FADH2). Dieses wiederum überträgt die Elektronen auf ein Ubichinon. Dadurch wird es zu Ubichinol  reduziert. Ein Ubichinol transportiert also zwei Elektronen. Im Komplex II werden keine Protonen über die Membran gepumpt.

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Was passiert im Komplex III der Atmungskette?

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In den Komplex III gelangen die beiden Ubiquinole aus Komplex I und II. Im Q-Zyklus wird eines der Ubichinole (QH2) zu Ubichinon (Q) oxidiert und ein Molekül Cytochrom c reduziert. Dabei werden zwei Protonen in den Intermembranraum abgegeben. Auch das zweite Ubichinol wird zunächst zu Ubichinon oxidiert und ein Molekül Cytochrom c reduziert. Durch die Aufnahme von zwei Protonen aus der Matrix, wird ein weiteres Ubichinon zu einem Ubichinol reduziert. Dabei werden wieder zwei Protonen über die Membran gepumpt. Im Komplex III werden also brutto zwei Elektronen aus der Matrix entzogen und vier an den Intermembranraum abgegeben. Pro Cytochrome c wird ein Elektron transportiert. Bei einem Durchlauf erhält man zwei Cytochrom c.

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Was passiert im Komplex IV der Atmungskette?

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Im Komplex IV wird das Cytochrome c oxidiert und Sauerstoff zu Wasser reduziert. Hierbei wird Energie frei, welche genutzt wird um Protonen in den Intermembranraum zu pumpen. Es werden 4 Cytochrom c gebraucht um ein Molekül Sauerstoff zu zwei Molekülen Wasser zu reduzieren. Bei diesem Vorgang werden 8 Protonen in den Intermembranraum gepumpt. Das bedeutet, dass zwei Durchgänge bzw. 2 NADH/H+  für diese Reaktion benötigt werden.

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Was macht die ATP-Synthase am Ende der Atmungskette?

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Während der Atmungskette wurden sehr viele Protonen in den Intermembranraum gepumpt. Dies führt zu einem Konzentrationsgefälle zwischen Matrix und Intermembranraum. Dieses Konzentrationsgefälle wird von der ATP-Synthase ausgenutzt. Durch den Rückfluss von Protonen in die Matrix kann diese nun ATP herstellen. Pro ATP werden 4 Protonen gebraucht. Demnach können aus einem NADH/H+ 2,5 ATP hergestellt werden. Nach einem Durchgang Glykolyse, oxidativer Decarboxylierung und Citratzyklus stehen 10 NADH/H+ zur Verfügung.  Es können also 10 x 2,5 = 25 ATP gewonnen werden.

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Wie viel ATP kann man aus einem Molekül FADH2 gewinnen`? 

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Es können 1,5 ATP pro FADH2 erzeugt werden. Da wir zwei FADH2 aus dem Citratzyklus gewinnen sind das insgesamt 3 ATP.

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Wie viele Moleküle ATP kann man aus einem Durchgang Atmungskette gewinnen?

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In der Atmungskette können 28 ATP pro Molekül Glucose gewonnen werden.

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Wie lautet die Bilanz der Atmungskette?

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Wie viel Moleküle ATP lassen sich aus einem Molekül Glucose gewinnen?

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Aus einem Molekül Glucose lassen sich 32 ATP gewinnen.

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Gib einen tabellarische Übersicht über die Energiegewinnung im Citratzyklus.

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Energieträger

Umgewandelt in ATP

Glykolyse

2

ATP

2

 

2

NADH/H+

5

oxidative Decarboxylierung

2

ATP

2

 

2

NADH/H+

5

Citratzyklus

2

GTP

2

 

6

NADH/H+

13

 

2

FADH2

3

Summe

 

 

32 ATP

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