Diese Seite dient der Selbstkontrolle für diejenigen, welche die Aufgaben zu den Seiten 122-123 bearbeitet haben und nun sehen wollen, wie ich geantwortet hätte.
| Diese Tabelle zeigt meine Lösungsvorschläge zu den Aufgaben, bei denen es um oxidative Decarboxylierung und den Zitratzyklus geht. | |
| 1 | Nenne den Ort und eine wichtige Bedingung für den Abbau der Brenztraubensäure (Pyruvat) durch oxidative Decarboxylierung und den sogenannten Zitronensäurezyklus! |
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| Der Abbau der Brenztraubensäure (Pyruvat) durch oxidative Decarboxylierung und den Zitronensäurezyklus findet unter aeroben Bedingungen statt, also bei ausreichender Sauerstoffversorgung. Der erste Schritt des Abbaus der Brenztraubensäure ist die oxidative Decarboxylierung. Sie findet im Cytoplasma aerober Bakterien und in der mitochondrialen Matrix aerober Eukaryoten, bei Pflanzen zusätzlich in Plastiden statt. Danach folgt der Zitratzyklus am selben Ort. | |
| 2 | Nenne mit Hilfe der Abbildung 122.2 wichtige Biomoleküle, deren Auf- und Abbau bei Bedarf mit dem Zitratzyklus über dessen Substrate bzw. Produkte verbunden sein können! |
| Während Acetyl-CoA im Zitratzyklus nur abgebaut wird, können bei Bedarf mit Substraten bzw. Produkten des Zitratzyklus der Aufbau der Aminosäuren Arginin, Asparagin, Asparaginsäure, Glutamin, Histidin, Isoleucin, Methionin, Phenylalanin, Prolin, Threonin, Tyrosin und Valin sowie von Porphyrinen wie Chlorophyll und Hämoglobin beginnen oder deren Abbau enden. Abbau und Aufbau von Fettsäuren und den Aminosäuren Alanin, Cystein, Glycin, Leucin, Serin und Tryptophan sind genau wie Auf- und Abbau von Glucose nur indirekt über Brenztraubensäure bzw. Acetyl-CoA mit dem Zitratzyklus verbunden. | |
| 3 | Beschreibe die Einbringung des Glykolyse-Produkts Pyruvat in den Zitratzyklus! |
| Vom Pyruvat wird eines seiner 3 C-Atome in Form von CO2 abgespalten. Dabei wird das Kohlenstoff-Atom oxidiert. Wie bei Redoxreaktionen üblich ist die Oxidation des C-Atoms verbunden mit einer Reduktionsreaktion. Und reduziert wird in diesem Fall NAD+ zu NADH. Man nennt diesen gesamten Vorgang oxidative Decarboxylierung. Der vom Pyruvat übrigbleibende Acetyl-Rest wird an das Coenzym A gebunden. Das ist ein Aktivierungsschritt und man nennt das Produkt Acetyl-CoA auch aktivierte Essigsäure. Das Acetyl-CoA wird in den Zitratzyklus eingebracht. Die Acetylgruppe wird nämlich vom Coenzym A auf Oxalsäure übertragen. Aus der Oxalsäure mit einem Grundgerüst aus 4 C-Atomen wird dadurch eine Kette aus 6 C-Atomen, die man Zitronensäure (protoniert) oder Citrat (deprotoniert) nennt. Beide Namen kann man mit "C" oder "Z" schreiben. | |
| 4 | Nenne Gemeinsamkeiten und Unterschiede zwischen Glykolyse und Zitratzyklus! |
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Nenne die auffälligsten Veränderungen an den Substraten, wenn im Zitratzyklus:
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Die auffälligsten Veränderungen an den Substraten des Zitratzyklus sind:
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| 6 | Beschreibe die Veränderung am jeweiligen Substrat, wenn ein Molekül Wasser an Bernsteinsäure-CoA oder Fumarsäure gebunden wird! |
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| 7 | Erkläre, warum der Zitratzyklus ein Zyklus ist und die oxidative Decarboxylierung der Brenztraubensäure nicht Teil davon sein kann! |
| Der Zitratzyklus ist ein Zyklus, weil sein letztes Produkt Oxalessigsäure gleichzeitig sein erstes Substrat ist. Die oxidative Decarboxylierung der Brenztraubensäure liefert kein Zwischenprodukt des Zitratzyklus und deshalb kann auch der dafür verantwortliche Pyruvatdehydrogenase-Enzymkomplex nicht zum Citrat-Zyklus gehören. Stattdessen verbinden der Pyruvatdehydrogenase-Enzymkomplex und die von ihm katalysierte oxidative Decarboxylierung der Brenztraubensäure die Glykolyse mit dem Zitratzyklus. | |
| 8 | Überprüfe die unten in Abbildung 123.1 dargestellte Bilanz des Zitronensäurezyklus und korrigiere sie so, dass wirklich nur Input und Output des Zitratzyklus vom ersten Substrat Oxalessigsäure bis zum letzten Produkt Oxalessigsäure berücksichtigt sind! |
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Außer der hinten wieder heraus kommenden Oxalessigsäure gehen laut Buch hinein in den Citratzyklus: 1 Molekül Acetyl-CoA + 3 Moleküle H2O + 3 Moleküle NAD+ + je 1 Molekül GDP und Phosphat + 1 Molekül FAD. Ich halte die Angabe unseres Buches für falsch, die Erzeugung von Bernsteinsäure und GTP benötige 1 Molekül H2O. Denn erstens würde bei einer nicht durch ein Enzym katalysierten Kondensation von GDP und Phosphat zu GTP ein Moleküle H2O frei. Und zweitens erfolgt laut Wikipedia die chemische Reaktion nach dem Mechanismus der "substrate-level phosphorylation" ohne Beteiligung von H2O. Meines Erachtens müsste es daher heißen: 1 Molekül Acetyl-CoA + 2 Moleküle H2O + 3 Moleküle NAD+ + je 1 Molekül GDP und Phosphat + 1 Molekül FAD. Der Zitratzyklus liefert: 1 Molekül Coenzym A + 2 Moleküle CO2 + 3 Moleküle NADH+H+ + 1 Molekül GTP + 1 Molekül FADH2. | |
| 9 | Erkläre die Bedeutung der Atmungskette für die Nutzung der im Zitratzyklus freigesetzten chemischen Energie von Zuckern und Fettsäuren! |
| Der Zitratzyklus liefert mit nur einem Molekül GTP pro Umlauf wenig direkt durch die Zelle nutzbare Energie. Die zahlreicher erzeugten reduzierten Cofaktoren sind zwar energiereich, aber diese chemische Energie kann erst durch die Atmungskette zur Produktion des universellen Energieträgers der Zelle Adenosintriphosphat genutzt werden. | |
zur Zusammenfassung der Buchseiten 122-123
Kapitel: "Oxidative Decarboxylierung und Zitratzyklus" im Lerntext Stoffwechselphysiologie
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Roland Heynkes, CC BY-NC-SA 4.0