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Stoffwechsel – Grundprinzipien Stoffwechsel (Metabolismus) = die Summe aller chemischen Umwandlungen, die in einer Zelle oder in einem Lebewesen stattfinden. Auf- und Abbau von Substanzen

Wo beziehen Lebewesen ihre Energie? Photoautotroph: Kohlenstoff stammt aus CO2 (Pflanzen, Cyanobakterien) Photoheterotroph: Kohlenstoff aus organischen Verbindungen (Purpur, Grüne Bakterien) Chemoautotroph: Energie aus anorganischen Brennstoffen (Schwefel, Wasserstoffbakterien) Chemoheterotrophe: organische Brennstoffe und Kohlenstoffquellen: Kohlenhydrate, Fette, Proteine (Mensch) àautotrophe und heterotrophe leben in gegenseitiger Abhängigkeit àKreislauf CO2 und O2 (wir brauchen auch Stickstoff NH4+)

Katabole Prozesse = oxidativ Anabole Prozesse = reduktiv Oxidationsstufen von Kohlenstoff àBrennstoffe werden oxidiert, Elektronen werden abgeben und auf das Oxidationsmittel übertragen (und somit wird (Sauerstoff) reduziert) Energetische Beziehung katabole und anabole Stoffwechselvorgänge (chemotroph)

„Nennen sie die drei Formen der Energiewährung“ 1. Energieüberträger: ATP 2. Elektronenträger: NAD(P)H/ FADH2 3. Elektrochemische Gradienten an Membranen Energieübertrager ATP: Adenintriphosphat; Hochenergetische Phosphorsäureanhydridbindung Art der Energiewiedergabe 1. Hydrolyse: ATP à ADP + P mittels Zugabe von Wasser 2. Übertragung einer energiereichen Bindung (z.B: Phoshat-transfer): P wird auf Substrat übertragen Warum stark exergon? 1.Resonanzstabilisierung ein Phosphorsäue-anhydrid-bindung ist geringer als die ihrer Hydrolyseprodukte 2.Elektrostatische Abstoßung zwischen negativgeladenen Phospate wirkt destabilisierend 3.Eine Phosphorsäureanhydrid ist schlechter solvatisiert als ihr Hydrolyseprodukt Gesetz der Additivität der freien Enthalpie: Exergone Reaktionen energiereicher Verbindungen können mit endergonen Prozessen gekoppelt werden, um diese in Gang zu setzen ! !àKopplung von endergonen Reaktionen an die exergone ATP-Hydrolyse Mechanismus der ATP-Bildung: 1. Substratkettenphosphorylierung àMoleküle, die selbst Phosphat mit sehr viel Potenzial zur Übertragung haben, wird Phosphat auf ADP übertragen ATP wird kontinuierlich hydrolysiert und regeneriert (3mol = 1,5Kg pro Stunde). 1. Oxidative Phosphorylierung: Atmungskette, ATP Synthase Thioester (AcylCoA): CoA, Ttäger von Acetyl- und anderen Acylgruppen auch Form von Energiewährung àHydrolyse stark exergon

Elektronenträger (Redox-Cofaktoren) // Wo lagern Elektronen? Lösliche Cofaktoren - NAD+/NADH (Katabolismus) - NADP+/NADPH (Anabolismus) Prostetische Gruppen - FAD/FADH/FADH2 - FMN/FMNH/FMNH2 àElektronen werden von Metaboliten häufig paarweise abgespalten (Aber: O2 kann nur ungepaarte (=einzelne) Elektronen aufnehmen) NAD+/NADH,NADP+/NADPH àmit Nicotinamidring Reduzierte Coenzyme wie NADH stellen eine Quelle für Freie Enthalpie dar, die durch anschließende Oxidation zurückgewonnen werden kann NAD ist an katabole Prozesse beteiligt NADP ist an anabole Prozesse beteiligt - Meisten Enzyme bevorzugen deutlich ein von den zwei Coenzyme - Anabole und katabole Prozesse sind in Eukaryoten voneinander räumlich getrennt (z.B. Oxidation von Brennstoffe in Mitochondrien, reduktive Biosynthese in Cytosol!) Übliche Konzentrationen in der Zelle - NAD gesamt 10-5 mol/L à[NAD +] >> [NADH] àHydrid-aufnahme (Reduktion) ist favorisiert àKatabole Prozesse ® Substratoxidation ist favorisiert - NADP gesamt 10-6 mol/L à [NADP +]...