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Abbau der organischen Substanzen:
Organische Substanzen werden oxydiert (= Entzug von H2 und Elektronen) oder mit Sauerstoff verbrannt Energiegewinn.
Endprodukte:
CO2 und H2O; diese sind energiearm.
In den Zellen geschieht eine biologische Oxidation, die in kleinen Schritten abläuft. Organische Substanz wird langsam, mit Hilfe von Enzymen, abgebaut. Die freigewordene Energie wird zum Aufbau von ATP verwendet. Ein Teil der Energie Wärme (kein Licht!)
Während der Evolution der Organismen entwickelten sich verschiedene Formen der biolog. Oxidation - die Atmung und die Gärung sind die häufigsten.
a) Atmung:
C6 H12 O6 + 6 O2 6 CO2 + 6 H2O (- 2872 kJ)
Alle Substanzen, die über die Atmung abgebaut werden, müssen vorher in Zucker (4x) oder in andere Zwischenprodukte des Atmungsstoffwechsels übergeführt werden. (Eiweiße, Fette, Stärke)
1. Atmung: tierische und pflanzliche gleich
2. Atmung: eigentliche A., 3 Hauptschritte
a) Glykolyse
b) Zitronensäurezyklus
c) Atmungskette
Zucker
Glykolyse
Gärung Benztraubensäure Gärung
Acetyl - Coenzym A
= aktivierte Essigsäure
CO2 Zitronensäurezyklus CO2
= Krebszyklus
H H
Atmungskette
ADP + P ATP
ADP + P ATP
ADP + P ATP 2H + O H2O
1) Glykolyse:
Sie läuft im Zellplasma ab und ist anaerob, das heißt, daß kein Sauerstoff benötigt wird. Dabei wird Traubenzucker mit Hilfe von ATP energiereicher gemacht.
Aus dem C6 Körper werden 2 C3 Körper; ab hier wird alles verdoppelt. Nach einigen Schritten entsteht ein C3 Körper, genannt Benztraubensäure oder Pyruvat. Ist ab dem nächsten Reaktionsschritt kein O2 vorhanden, kann die Atmungskette nicht ablaufen und es wird kein ATP gewonnen. Um trotzdem Energiegewinn zu haben, gibt es die folgenden 2 Schritte:
1) Milchsäuregärung (Muskelkater)
2) Alkoholische Gärung (Ethanol)
Die nächsten Schritte laufen in den Mitochondrien ab.
Oxydative Decarboxylierung der Benztraubensäure:
Sie wird durch Abspaltung von H2 und CO2 und durch Anlagerung vom Coenzym A zum C2 Körper, genannt Acetyl Coenzym A oder aktivierte Essigsäure. Diese tritt in den Kreisprozeß ein .
2) Zitronensäurezyklus:
Er läuft in den Mitochondrien ab und hat geringen Energiegewinn. Er ist ein wichtiger biochemischer Schaltprozeß im Stoffwechsel.
Das Acetyl Coenzym A verbindet sich mit einem C4 Körper zur Zitronensäure (C6 Körper) , es wird 2 mal CO 2 abgespalten, es entsteht ein C4 Körper, ...
Zwischendurch wird H2 frei, der ursprünglich an ein Coenzym gebunden war. ATP wird gebildet.
3) Atmungskette:
= Endoxidation; Sie wird durch Sauerstoffanwesenheit gesteuert (Atemluft ist notwendig). Dabei kommt es zu einer Verbindung des O2 mit H2 H2O. Während des letzten Reaktionsschrittes werden die Elektronen vom H2 getrennt und direkt auf den O2 übertragen. Es wird ein abrupter Ausgleich des Energiegefälles verhindert Knallgasreaktion). Dieser Vorgang liefert viel ATP. Wenn 180 g Glucose in reinem O2 vollständig verbrannt werden, werden 36 ATP (= 1100 kJ), bei einem Wirkungsgrad von 40 %. Die ATP stehen überall in der Zelle zur Verfügung Transporte.
b) Gärungen:
Sie sind dann notwendig, wenn in einem Lebensraum der O2 Gehalt unter 1 % sinkt und keine Atmung mehr möglich ist.
. Meeresböden ("Hot Spots")
. Moore
. Gärtanks
. unbelüftete Komposthaufen, Silos, Mülldeponie;
Manche Organismen können "umschalten" (von Atmung auf Gärung). Den Umschaltpunkt nennt man den Pasteur - Punkt. Andere leben ausschließlich von der Gärung. Fast alle natürlichen organischen Stoffe können mit Gärung abgebaut werden. Gärungen liefern nur 1/20 der Energie der Atmung. Die Organismen müssen deshalb innerhalb kurzer Zeit viel an organ. Substanz umsetzen, und das sehr rasch. Solche Organismen haben eine relativ große Oberfläche.
Biotechnologie:
In kurzer Zeit wird viel umgesetzt.
Bei Gärungen werden die Substanzen nicht zur in CO2 und H2O zerlegt. Die Endprodukte enthalten noch Energie.
Gärungen werden vorwiegend von Bakterien ausgeführt, aber auch von Zellen (Gewebe), z. B.: Erdstämme der Teichrosen - alkohol. Gärung mit Ethanol
GB: "Schnapslilie"
Netzhaut von Tieren
Muskelkater:
Bei Überbeanspruchung wird Milchsäure gebildet, die sich in der Muskulatur ansammelt (andere Theorie: kleine Risse in den Muskelfasern).
1) Alkoholische Gärung:
Ausgangsprodukt: Glucose C6H12O6 (zuckerhaltige Flüssigkeit, Traubensaft, ...)
Die Hefezellen, die schon am Obst haften, werden aktiv.
C6H12O6 2CH3 CH2 OH + CO2
Ethylalkohol = Ethanol
CO2 ist schwerer als Luft, dies ist besonders bedeutend im Weinkeller, deshalb nimmt der Winzer eine Kerze und stellt sie in den Keller, ist der CO2 Gehalt hoch, erlischt sie.
Hefepilz: Hefe ist die älteste Kulturpflanze und wird verwendet zur Erzeugung von Alkohol.
Ethanol: ist energiereich;
2) Essigsäure - Gärung:
Ausgangsprodukte bei der Herstellung von Essig: Most, Wein;
Der erste Schritt entspricht der alkoholischen Gärung. Im letzten Schritt wird der Luftsauerstoff für die Wasserbindung herausgezogen (oxyidative Weiterverarbeitung von Ethanol).
3) Milchsäure - Gärung:
Milch, Sauerkraut, Silofutter; Die Milsäurebakterien sind aktiv.
Sie wirkt konservierend und hemmt die Vermehrung von fremden Bakterien.
C6H12O6 2CH3 CH OH COOH
=Milchsäureg.
4) Buttersäure - Gärung: Ranzig werden der Butter;
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