Lernmodul zu den Seiten 118-119 unseres Buches

Roland Heynkes, 8.4.2019

Diese Seite dient der Selbstkontrolle für diejenigen, welche die Aufgaben zu den Seiten 118-119 bearbeitet haben und nun sehen wollen, wie ich geantwortet hätte.

Diese Tabelle zeigt meine Lösungsvorschläge zu den Aufgaben, bei denen es um Zellatmung und Gärung geht.
1 Erkläre die Bedeutung der Äußeren für die Innere Atmung!
Äußere Atmung heißt die Aufnahme von Sauerstoff mit Hilfe der Lunge und des Blutkreislaufes. Sie dient der Versorgung unserer Zellen mit Sauerstoff für die Kette chemischer Reaktionen der innere Atmung. Die äußere Atmung dient außerdem der Entsorgung des bei der Zellatmung entstehenden Kohlenstoffdioxids (CO2) durch Blutkreislauf und Lunge.
2 Nenne die Edukte und die Produkte der Verbrennung von Glucose in einem Kalorimeter genannten speziellen Ofen!
Bei der Verbrennung (vollständigen Oxidation mit Sauerstoff) in einem Kalorimeter sind die energiereiche Glucose und Sauerstoff die Edukte sowie Kohlenstoffdioxid und Wasser die energiearmen und deshalb sehr stabilen Produkte.
3 Beschreibe die Veränderungen, welche die Oxidation im Kalorimeter für die Kohlenstoff- und Wasserstoff-Atome mit sich bringen!
Vor der Oxidation haben die wenig elektronegativen Kohlenstoff- und Wasserstoff-Atome größere Anteile an ihren Bindungselektronenpaaren. Nach der Oxidation ziehen die Sauerstoff-Atome aufgrund ihrer großen Elektronegativität die Bindungselektronenpaare stärker zu sich hin und verursachen positivere Ladungen an den Kohlenstoff- und Wasserstoff-Atomen. In diesem Zustand nennt man die Kohlenstoff- und Wasserstoff-Atome oxidiert.
4 Nenne Unterschiede zwischen den Oxidationen der Glucose im Ofen und in Zellen!
In Zellen erfolgt der Abbau (die Oxidation) der Glucose in zahlreichen Teilschritten und die chemische Energie wird in kleinen Portionen freigesetzt.
5 Beschreibe den schrittweisen Abbau der Glucose in unseren Zellen!
Unser Buch unterteilt den Abbau der Glucose in unseren Zellen in drei Abschnitte: die Glykolyse, den Zitronensäurezyklus und die Atmungskette. Seine Autoren vergessen dabei allerdings die oxidative Decarboxylierung der Brenztraubensäure.
  1. Die Glykolyse zerlegt die Glucose in zwei Moleküle Brenztraubensäure und nutzt dabei die chemische Energie der Glucose für die Produktion von etwas ATP (Adenosintriphosphat) und NADH+H+.
  2. Die oxidative Decarboxylierung der Brenztraubensäure (Pyruvat) durch den aus zahlreichen Decarboxylasen, Oxidoreduktasen und Dehydrogenasen bestehenden Pyruvatdehydrogenase-Komplex, der vom Pyruvat ein Molekül CO2 abspaltet und die dabei freiwerdende chemische Energie nutzt, um die übrigbleibende Acetylgruppe über eine energiereiche Thioesterbindung an das Coenzym A (CoA) zu binden, so dass Acetyl-CoA entsteht, welches dann im Zitronensäurezyklus chemische Energie liefert. Die Oxidation der Carboxylgruppe der Brenztraubensäure zu CO2 ist dabei gekoppelt mit der Reduktion vonNAD+ zu NADH+H+.
  3. Im Zitronensäurezyklus wird die Brenztraubensäure schrittweise zu CO2 abgebaut. Das entspricht insgesamt einer Oxidation der Brenztraubensäure. Diese Oxidation ist verbunden mit der Freisetzung von Wasserstoff-Molekülen, die an die Trägermoleküle NAD+ und FAD (Flavin-Adenin-Dinukleotid) gebunden werden. Außerdem wird dabei freigesetzte chemische Energie genutzt, um aus GDP (Guanosindiphosphat) und Phosphat das energiereichere GTP (Guanosintriphosphat) zu bilden.
  4. In der sogenannten Atmungskette werden die Wasserstoff-Moleküle durch Sauerstoff zu Wasser oxidiert. Dabei wird viel chemische Energie freigesetzt und für die Bildung des universellen Energieträgers ATP aus ADP und Phosphat genutzt.
6 Erkläre die erhöhte Anzahl von Mitochondrien in Leber- und Muskelzellen!
Leber- und Muskelzellen haben einen relativ hohen Energiebedarf. Deshalb brauchen sie besonders viele Mitochondrien, die als Kraftwerke der Zellen gelten, weil in ihnen die wichtigsten Schritte des Glucose-Abbaus und der damit verbundenen Produktion von ATP stattfinden.
7 Beschreibe die beiden auf Seite 119 oben dargestellten energetischen Kopplungen!
In der Glykolyse finden zwei energetische Kopplungen statt, bei denen jeweils ein ATP-Molekül den Energietransport von einer chemische Energie liefernden zu einer chemische Energie benötigenden chemischen Reaktion übernimmt:
Glykolyse
Glykolyse Glykolyse nennt man in der Biochemie einen zentralen Stoffwechselweg im Energiestoffwechsel und den zentralen Prozess beim Abbau aller Kohlenhydrate in allen Eukaryoten. Selbst unter Bakterien und Archaeen ist die Glykolyse weit verbreitet. In 10 hintereinander geschalteten Stoffwechselreaktionen wird das Monosaccharid Traubenzucker (Glucose) zur doppelten Anzahl von Pyruvat-Molekülen abgebaut. Dabei werden insgesamt jeweils 2 Moleküle ATP und NADH gewonnen.

DHAP steht für Dihydroxyacetonphosphat.

Vertiefende Informationen über die Glykolyse findet man auf einer Seite der Uni Düsseldorf.
Diese Darstellung der Glykolyse habe ich auf der Grundlage eines anonym unter der Lizenz Creative Commons Attribution-Share Alike 3.0 der Wikimedia Commons zur Verfügung gestellten Schemas erstellt, um meine Schüler nicht mit anderen Namen zu verwirren und um ein im ursprünglichen Schema fehlendes Detail zu ergänzen.
8 Beschreibe die beiden auf Seite 119 unten dargestellten Redoxreaktionen!
  • Während im Verlauf der Glykolyse Glycerinaldehyd-3-phosphat zu Glycerinsäure-1,3-bisphosphat oxidiert wird, wird gleichzeitig Nicotinamid-adenin-dinucleotid (NAD+) zu NADH+H+ reduziert.
  • Während NADH+H+ zu NAD+ oxidiert wird, wird gleichzeitig bei Sauerstoffmangel in der Milchsäuregärung Brenztraubensäure zu Milchsäure reduziert.
Glykolyse-Milchsäuregärung

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Kapitel: "Zellatmung und Gärung" im Lerntext Stoffwechselphysiologie

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Roland Heynkes, CC BY-NC-SA 4.0