Lernmodul zu den Seiten 120-121 unseres Buches über Glykolyse

Lernmodul zu den Seiten 120-121 unseres Buches

Roland Heynkes, 1.4.2019

Diese Seite dient der Selbstkontrolle für diejenigen, welche die Aufgaben zu den Seiten 120-121 bearbeitet haben und nun sehen wollen, wie ich geantwortet hätte.

1	Nenne die beiden Gruppen von Makronährstoffen, von denen a) Ausdauersportler bzw. b) Kraftsportler besonders viel benötigen!
Diese Tabelle zeigt meine Lösungsvorschläge zu den Aufgaben, bei denen es um Glykolyse geht.
	Ausdauersportler benötigen für ihren Sport hauptsächlich Kohlenhydrate, weil sie während der Ausübung ihrer Sportarten viel Energie verbrauchen, anschließend jedoch kaum Muskeln aufbauen. (Mit der Zuführung reiner Glucose sollten Ausdauersportler jedoch vorsichtig sein, weil zu hohe Glucose-Konzentrationen im Blut den Blutgefäßen schaden und deshalb die Ausschüttung größerer Mengen Insulin provozieren, wodurch als überschießende Reaktion die Konzentration der Glucose im Blut sogar unter das Normalniveau fallen und die Leistungsfähigkeit reduzieren kann.) Kraftsportler brauchen besonders viel Eiweiß bzw. Aminosäuren, weil Muskeln nach kurzen, intensiven Belastungen bis zur völligen Erschöpfung Aminosäuren für den Aufbau neuer Proteine brauchen, um sich durch Wachstum an langsam zunehmende Anforderungen anzupassen.
2	Nenne die Anzahl der zu einer Glykolyse genannten Stoffwechselkette hintereinander geschalteten, von unterschiedlichen Enzymen katalysierten chemischen Reaktionen, durch welche ein Glucose-Molekül zu zwei Molekülen Brenztraubensäure abgebaut wird!
	Laut Buch 9 (tatsächlich 10) unterschiedliche, zu einem Stoffwechselweg hintereinander geschaltetete Enzyme katalysieren die chemischen Reaktionen, durch welche ein Glucose-Molekül zu zwei Molekülen Brenztraubensäure (im Gleichgewicht mit ihrem Anion Pyruvat) abgebaut wird.
3	Nenne den Ort, an welchem die Glykolyse stattfindet!
	Die Glykolyse findet im Cytoplasma einer Zelle statt.
4	Beschreibe die beiden energetischen Kopplungen, durch welche die bei Körpertemperatur für die Glykolyse erforderliche Aktivierungsenergie aufgebracht wird!
	Das erste Substrat des Stoffwechselweges Glykolyse wird durch das Enzym Hexokinase phosphoryliert, sodass als energiereicheres Produkt Glucose-6-phosphat entsteht. Die dafür erforderliche Energie wird durch eine energetische Kopplung aufgebracht, indem gleichzeitig das energiereiche Adenosintriphosphat zu ADP und Phosphat gespalten und die Phosphatgruppe auf die Glucose übertragen wird. (Nach der Umwandlung der Glucose-6-phosphat zu Fructose-6-phosphat durch das Enzym Phosphoglucoseisomerase erfolgt der zweite Aktivierungsschritt:) Das Enzym Phosphofructokinase katalysiert die zweite energetische Kopplung, in welcher die Phosphatgruppe von Adenosintriphosphat auf das Substrat Fructose-6-phosphat übertragen wird und das Produkt Fructose-1,6-bisphosphat entsteht.
5	Nenne die beiden Energie verbrauchenden chemischen Reaktionen, welche durch energetische Kopplung ermöglicht werden, weil das Enzym Glycerinaldehyd-3-phosphatdehydrogenase die stark exotherme Oxidation der Aldehydgruppe des Substrates Glycerinaldehyd-3-phosphat zur Carboxylgruppe des Produktes Glycerinsäure-1,3-bisphosphat katalysiert!
	Die durch das Enzym Glycerinaldehyd-3-phosphatdehydrogenase katalysierte stark exotherme Oxidation der Aldehydgruppe des Substrates Glycerinaldehyd-3-phosphat zur Carboxylgruppe des Produktes Glycerinsäure-1,3-bisphosphat ermöglicht durch energetische Kopplung die Phosphorylierung der Carboxygruppe durch anorganisches Phosphat sowie die Reduzierung von NAD⁺ zu NADH+H⁺.
6	Erkläre, warum die Glykolyse in der Gesamtbilanz zwei Moleküle ATP liefert, obwohl für die Bildung eines Moleküls Fructose-1,6-bisphosphat ebenso viele Moleküle ATP in ADP und Phosphat gespalten werden müssen, wie durch den Abbau eines Moleküls Glycerinsäure-1,3-bisphosphat zu Brenztraubensäure aus ADP und Phosphat neu gebildet werden!
	Im Verlauf der Glykolyse entstehen 4 Moleküle Adenosintriphosphat, während nur 2 Moleküle Adenosintriphosphat verbraucht werden, weil nur 1 Molekül Glucose durch den Einsatz von 2 Molekülen Adenosintriphosphat in zwei Schritten aktiviert werden muss, während im weiteren Verlauf 2 Moleküle Glycerinaldehyd-3-phophat entstehen, deren Abbau zu Brenztraubensäure jeweils 2 Moleküle Adenosintriphosphat liefert.
7	Nenne drei Stoffwechselwege, deren erstes Substrat die Brenztraubensäure ist!
	Das Endprodukt der Glykolyse Brenztraubensäure dient unter aeroben Bedingungen als erstes Substrat des Zitronensäurezyklus. Unter anaeroben Bedingungen kann es durch alkoholische Gärung oder durch Milchsäuregärung abgebaut werden.
8	Erkläre, warum und wie die Aktivität der Phosphofructokinase reguliert wird!
	Die Glykolyse muss reguliert werden, damit nicht mehr Adenosintriphosphat gebildet wird, als die Zelle benötigt. Das Enzym Phosphofructokinase eignet sich relativ gut als Schlüsselenzym, weil es das dritte von 10 Enzymen des Stoffwechselweges Glykolyse ist. Die Regulation funktioniert so, dass das Endprodukt Adenosintriphosphat als allosterischer Inhibitor die Aktivität des Schlüsselenzyms Phosphofructokinase durch Reduktion seiner Affinität zum Substrat hemmt, während die Phosphofructokinase durch den allosterischen Aktivator ADP und durch das Substrat Fructose-6-phosphat aktiviert wird.

Schema der Phosphofructosekinase mit gebundenen ATP-Molekülen (4XYJ)

Roland Heynkes, CC BY-SA-4.0 (Anklicken des Bildes führt zu einem 3D-Modell.)

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Kapitel: "Glykolyse Schritt für Schritt" im Lerntext Stoffwechselphysiologie

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Roland Heynkes, CC BY-NC-SA 4.0