Biochemie der Ernährung II an der Karlsruher Institut für Technologie

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Oxidative Phosphorylierung vs Photophosphorylierung?

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Grundsätzliches zur oxidativen Phosphorylierung? Findet wo statt? Katalyse?
Herkunft der Elektronen?

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Was sind Bestandteile von Membranen?

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In welchen Formen kommen Proteine in Membranen vor? Wie Einbettung in Membran?

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Generelle Eigenschaften lebender Systeme im Vergleich zu unbelebter Materie?

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Aufbau von Lebewesen?

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Bedeutung von  Nucleinsäuren und Proteinen für den Organismus?

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Zweck und Prinzip der Energiegewinnung von Organismen?

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Prinzip der Nutzung von Energie aus der Umwelt?

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Vorteile von enzymkatalysierten Reaktionswegen?
Welche zwei Arten von Reaktionswegen gibt es?

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Aufgabe und Funktion des Gastrointestinaltrakts?
Regulation?

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Welche Organe sind an der Verdauung beteiligt?

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Biochemie der Ernährung II

Oxidative Phosphorylierung vs Photophosphorylierung?
Oxidative Phosphorylierung:
- ATP-Synthese, Triebkraft: Elektronenübertragung auf Sauerstoff (Reduktion O2 -> H2O)
- Elektronenlieferant: NADH und FADH2

Photophosphorylierung:
- ATP-Synthese, Triebkraft: Licht
- (H2O -> O2)

Beide Vorgänge liefern den größten Teil des von aeroben Organismen synthetisierten ATP.
Ort: Mitochondrien bzw. Chloroplasten.

Ähnlichkeiten:
- Elektronenfluss über eine Reihe von Redox-Zwischenschritten (membrangebundene Carrier wie Chinone, Cytochrome, Eisen-Schwefel-Proteine)
- “bergab“ laufender Fluss von Elektronen, gekoppelt an “bergauf“ laufenden Transport von Protonen (durch ansonsten protonenundurchlässige Membranen)
- Speicherung eines Teils der freien Oxidationsenthalpie der Stoffwechselbrennstoffe als elektrochemisches Transmembranpotential
- Transmembraner Fluss von Protonen entlang ihres Konzentrationsgradienten durch spezifische Proteinkanäle liefert freie Enthalpie für ATP-synthese

Biochemie der Ernährung II

Grundsätzliches zur oxidativen Phosphorylierung? Findet wo statt? Katalyse?
Herkunft der Elektronen?
- findet in allen aeroben Lebewesen statt
- dient der Energiegewinnung in Form von ATP unter Sauerstoffverbrauch
- findet in der inneren Mitochondrienmembran statt (undurchlässig für die meisten kleinen Moleküle und Ionen)
- Katalyse des mitochondrialen Elektronenflusses erfolgt durch Komponenten der Atmungskette und den Enzymkomplex für die ATP-Synthese

Herkunft der Elektronen:
Dehydrogenasen, die die Elektronen aus oxidativen Reaktionen übernehmen:
- Pyruvat-Dehydrogenase-Komplex
- Citratcyclus
- β-Oxidation von Fettsäuren
- oxidative Schritte des Aminosäureabbaus
-> Paarweise Einschleusung der Elektronen in die Atmungskette (über NADH)

Biochemie der Ernährung II

Was sind Bestandteile von Membranen?
- Phospholipide
- Sphingolipide
- Steroide
- amphiphatische Lipide (Aggregate)
- integrale und periphere Membranproteine
- Glycolipide

Biochemie der Ernährung II

In welchen Formen kommen Proteine in Membranen vor? Wie Einbettung in Membran?
- periphere vs. Integrale Proteine
- Einbettung in die Membran anhand der AS-Sequenz möglich
(zB Polypeptidkette von Bakteriorhodopsin)

Biochemie der Ernährung II

Generelle Eigenschaften lebender Systeme im Vergleich zu unbelebter Materie?
- komplizierte, hochgeordnete, strukturelle Organisation
- Lebewesen können ihrer Umwelt Energie entziehen und nutzbar machen (chemische, Strahlungsenergie) -> erlaubt es, die eigenen hochentwickelten Strukturen aufzubauen, instandzuhalten und mechanische, chemische und osmotische Arbeit zu leisten
- Fähigkeit zu genauer Selbstreproduktion (Bakterienzelle kann innerhalb von 24h ca. 1Mia fast identischer Tochterzellen hervorbringen)
- dynamisches Wechselspiel der Bestandteile eines Lebewesens, die jeweils ganz bestimmte Funktion haben

Biochemie der Ernährung II

Aufbau von Lebewesen?
- Zellen als Grundbausteine 
- Abgrenzung durch Membranen (Selektive Permeabilität zur Abgrenzung des Stoffwechsels)
- Unterteilung der Zellen in Zellkompartimente -> diskrete, funktionelle Räume (Zellkern, Cytoplasma, Mitochondrien, ...)
- bei vielzelligen Organismen: Arbeitsteilung verschiedener Organe, Koordination über Hormone und hormonähnliche Mediatoren

Biochemie der Ernährung II

Bedeutung von  Nucleinsäuren und Proteinen für den Organismus?
- charakteristische Ausstattung des Organismus mit Proteinen und Nucleinsäuren -> Identität des Organismus

- Bakterien: ~3000 verschiedene Proteine und ~3000 Nucleinsäuren, beim Menschen entsprechend mehr

Biochemie der Ernährung II

Zweck und Prinzip der Energiegewinnung von Organismen?
- schaffen und erhalten der komplexen, hochgeordneten Strukturen durch entziehen von freier Enthalpie (Sonnenlicht, Nährstoffe) aus der Umgebung
- Exergone chemische oder photochemische Reaktionen sind über gemeinsame Zwischenprodukte an endergonische Reaktionen gekoppelt -> freie Enthalpie wird zur Arbeitsleistung eingesetzt
- Zellen können chemische, elektrochemische, mechanische und osmotische Energie höchst wirksam von einer Form in die andere überführen

Biochemie der Ernährung II

Prinzip der Nutzung von Energie aus der Umwelt?
potentielle Energie
Nährstoffe aus Umwelt (komplexe Moleküle(KH, Lipide)/Sonnenlicht) = 
->
Energieumwandlungen
Arbeit der Zellen (chemische Synthesen, mechanische Arbeit, osmotische und elektrische Gradienten, Übertragung genetischer Information)
-> 
Zunahme der Entropie
Stoffwechselendprodukte (einfache Moleküle wie CO2, H2O und Wärme)

Biochemie der Ernährung II

Vorteile von enzymkatalysierten Reaktionswegen?
Welche zwei Arten von Reaktionswegen gibt es?
- hohe Spezifität für die jeweilige Reaktion
- Ablauf unter physiologischen Bedingungen
- genaue Steuerung der Reaktionen möglich über Enzymmenge und -Aktivität
- Zusammenfassung vieler tausender enzymkatalysierter Reaktionen zu Reaktionswegen, in denen das Produkt der Reaktion zum Ausgangsstoff der nächsten wird (Metabolismus):
+ Katabolismus (Abbau von Nährstoffen zu einfachen Endprodukten)
+ Anabolismus (Synthese von Makromolekülen aus kleinen Vorläufermolekülen unter Energiezufuhr)

Biochemie der Ernährung II

Aufgabe und Funktion des Gastrointestinaltrakts?
Regulation?
- Hauptaufgabe: Verdauung (Überführung der Nahrung in resorbierbare Bestandteile) und Resorption (Aufnahme in den Körperkreislauf)
- Einleitung der Verdauung durch mechanische Vorgänge (zerkleinern, Transport und Durchmischen), Sekretion  von Verdauungssäften in engem Zusammenhang
- Einwirkung von Enzymen (aus Verdauungssaft oder auf der inneren Darmwand) -> hydrolytische Spaltung von Proteinen, Kohlenhydraten und Fetten
- Resorption: Aufnahme der Endprodukte der Verdauung, sowie von Wasser,  Mineralstoffen und Vitaminen aus dem Darmlumen über die Darmschleimhaut in das Blut oder die Lymphe
- bei Verdauung notwendige chemische, physikalische und enzymatische Prozesse unterliegen nervalen und humoralen Regulationsmechanismen

Biochemie der Ernährung II

Welche Organe sind an der Verdauung beteiligt?
- Mundhöhle
- Ösophagus
- Speiseröhre
- Magen
- Dünndarm
- Colon
- Rektum
- Drüsen (Leber, Pankreas)

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