Das Feuerwerk im Körper Ein Mittwochnachmittag im KRG Eine Präsentation zum Thema Dissimilation (Dissimilation = biologischer Abbau organischer Stoffe)

Woher kommt die Energie ? - aus dem Skelett ? - aus dem Sportunterricht selbst ? - aus dem Gehirn ? - aus den Muskeln ? - aus der Regeneration im Schlaf ? - aus Wochenenden oder Urlaub ?

Nein ! „Die Musik spielt“ zunächst im Cytoplasma, dann aber hauptsächlich in Mitochondrien !

Mitochondrien: Kraftwerke aller Zellen, ATP-Fabrik

Je mehr Phosphatreste an einem organischen Molekül gebunden sind, um so energiereicher und reaktionsfreudiger ist es !

Wichtige Energieakkus im Stoffwechsel sind - organische Moleküle mit Phosphatresten wie ATP oder GTP ; Beispiel: energiereich: ATP (+ H2O) energiearm: ADP + Phosphat (+ H+) - sowie reduzierte Formen von Molekülen wie NADH(2), NADPH(2) oder FADH(2) ; Beispiel: energiereich: NADH (+ H+) energiearm: NAD+ (+2H-Atome aus belieb. organischen Stoff; alternativ 2H+ + 2e-)

Jedoch: Kurze Anstrengung – und man ist baff: die Muskeln sind ganz plötzlich schlaff !

Jedoch: Kurze Anstrengung – und man ist baff: die Muskeln sind ganz plötzlich schlaff ! Grund: Der ATP-Akku ist leer, kann aber aus Mangel jeglicher Nährstoffe im Körper nicht mehr aufgeladen werden. Also: Kurzer Stopp bei einer Energietankstelle !

Energietankstelle bei ATP-Mangel

Unser Kurzzeitenergiespeicher, der wieder aufladbare ATP-Akku, ist nun schon gut bekannt ! Über unseren wichtigsten Nahrungs- Energielieferanten, das Kohlenhydrat Glucose (=Traubenzucker), fehlen uns noch Informationen !!! Was passiert nun in den Mitochondrien, damit die Glucose den ATP-Akku wieder auflädt ?

Die Glucose ist noch viel zu reaktionsträge ! Sie soll aber nun veratmet = aerob dissimiliert werden ! (man sagt auch gelegentlich nicht ganz korrekt „verbrennen“ dazu)

Der Glucose-Abbau beginnt also damit, dass die Glucose mit Energie aufgeladen und dadurch auch reaktionsfreudig wird:

GLYKOLYSE (griech: glykys = süß)

GLYKOLYSE

GLYKOLYSE Folgende Bilanz der Glykolyse ist unvollständig: C6 + __ A __P + + __NAD+  __ C3 + __ A __P + __NADH Ergänze die Bilanz (H2O / H+ / O2 –Teilchen dürfen weglassen werden). Welche Zwecke erfüllt die Glykolyse? Viel Spaß !!!!

GLYKOLYSE Bilanz der Glykolyse: C6 + 2 ADP + 2 Phosphat + 2 NAD+  2 C3+ 2 ATP + 2 NADH Die Zwecke der Glykolyse sind: Spaltung des „C6-Körpers“ zu „C3“ Aufladen des ATP-„Energieakkus“ Herstellung energiereicher NADH´s

Das war‘s aber noch nicht ! GLYKOLYSE Das war‘s aber noch nicht ! Jetzt geht‘s gleich weiter:

CITRATZYKLUS = Zitronensäurezyklus Bilanz des Citratzyklus (einschl. Pyruvat-Abbau): Tips zur Lösung:: - GTP gibt im Citratcyklus seine ganze Energie an ATP ab - deshalb erscheint in der Bilanz des Citratzyklus ATP, aber nicht mehr GTP - auf H2O / H+ / O2 -Teilchen wird in der Bilanz verzichtet ????? Die Zwecke der Citratzyklus sind: ?????

CITRATZYKLUS = Zitronensäurezyklus Bilanz des Citratzyklus (einschl. Pyruvat-Abbau): Tips zur Lösung:: - GTP gibt im Citratcyklus seine ganze Energie an ATP ab - deshalb erscheint in der Bilanz des Citratzyklus ATP, aber nicht mehr GTP - auf H2O / H+ / O2 -Teilchen wird in der Bilanz verzichtet C3 + ADP + Phosphat + 4 NAD+ + FAD+  3 CO2 + ATP + 4 NADH + FADH2 Die Zwecke der Citratzyklus sind: Vollständiger Abbau organisch gebundenen Kohlenstoffs Herstellung energiereicher NADH´s (und FADH2´s) Aufladen des ATP-“Energieakkus“ Problem schon am Anfang (beim Pyruvat-Abbau): Es finden Oxidationsvorgänge statt (z.B. CO2-Bildung durch oxidative Decarboxylierung) ! Also ist ab hier ohne Sauerstoff absolut „tote Hose“ !!!

ENDOXIDATION in der Atmungskette Bilanz der Endoxidation : (Für das Verständnis ist hier die genaue Reaktionsgleichung wichtig ; nicht auswendig lernen !) NADH + H+ + 3 ADP + 3 Phosphat + ½ O2  NAD+ + 3 ATP + H2O 1 FADH2 liefert in einer ähnlichen Reaktion nur 2 ATP Die Zwecke der Endoxidation sind : Oxidation von NADH / FADH2 , wodurch viel Energie frei wird und starkes Laden des ATP-„Energieakkus“ mit dieser Energie Jedes NADH sorgt für die Bildung von 3 ATP. Jedes FADH2 sorgt für die Bildung von 2 ATP.

Die Gesamtbilanz der Veratmung (=vollständige aerobe Dissimilation) von 1 Glucosemolekül soll nun erstellt werden ! (alle H2O / H+ / O2 -Teilchen wurden weggelassen, auch Anderes wurde vereinfacht) ! Bilanz der Glykolyse: C6 + 2 ADP + 2 Phosphat + 2 NAD+  2 C3+ 2 ATP + 2 NADH Bilanz des Citratzyklus (einschl. Pyruvat-Abbau): C3 + ADP + Phosphat + 4 NAD+ + FAD+  3 CO2 + ATP + 4 NADH + FADH2 Bilanz der Endoxidation: 1 NADH liefert 3 ATP (aus 3ADP+3Phosphat) 1 FADH2 liefert 2 ATP (aus 2ADP+2Phosphat) Gesamtbilanz der Veratmung von Glucose: ?????

Die Gesamtbilanz der Veratmung (=vollständige aerobe Dissimilation) von 1 Glucosemolekül soll nun erstellt werden ! (alle H2O / H+ / O2 -Teilchen wurden weggelassen, auch Anderes wurde vereinfacht) ! Bilanz der Glykolyse: C6 + 2 ADP + 2 Phosphat + 2 NAD+  2 C3+ 2 ATP + 2 NADH Bilanz des Citratzyklus (einschl. Pyruvat-Abbau): C3 + ADP + Phosphat + 4 NAD+ + FAD+  3 CO2 + ATP + 4 NADH + FADH2 Bilanz der Endoxidation: 1 NADH liefert 3 ATP (aus 3ADP+3Phosphat) 1 FADH2 liefert 2 ATP (aus 2ADP+2Phosphat) Gesamtbilanz der Veratmung von Glucose: C6 + 38 ADP + 38 Phosphat  6 CO2 + 38 ATP

Wer zuviel Nährstoffe aufnimmt, hat schnell ein Problem (s.l.) ! Was könnte man tun, damit wir dieses Problem in den Griff bekommen ?

Joggen hilft !! Wieso eigentlich ?? Wer zuviel Nährstoffe aufnimmt, hat schnell ein Problem (s.l.) ! Was könnte man tun, damit wir dieses Problem in den Griff bekommen ? Joggen hilft !! Wieso eigentlich ??

Man muss nicht unbedingt die Marathonstrecke von 42 km laufen. Aber auch für Leute, die „nur“ joggen wollen, ist der folgende Zeitungsausschnitt aufschlussreich. Der Verlauf der Kurven ist zu erläutern (haupts. f.d. Hobbyläufer) !!

Hier genauere Zahlenangaben: Der Abbau von 1 Glucosemolekül (Formel C6H12O6 / Masse 180 u) stellt etwa 38 ATP-Moleküle bereit. Der Abbau von einem Fettmolekül, z.B. Glycerintristearat (Formel C57H110O96 / Masse 890 u) stellt etwa 430 ATP-Moleküle bereit. Wieso ist es so schwer, abzunehmen ?? ?????

Hier genauere Zahlenangaben: Der Abbau von 1 Glucosemolekül (Formel C6H12O6 / Masse 180 u) stellt etwa 38 ATP-Moleküle bereit. Der Abbau von einem Fettmolekül, z.B. Glycerintristearat (Formel C57H110O96 / Masse 890 u) stellt etwa 430 ATP-Moleküle bereit. Wieso ist es so schwer, abzunehmen ?? Weil 890 u Fett 430 ATP-Moleküle bereitstellen, aber 890 u Glucose 188 ATP-Moleküle bereitstellen !!

Unsere 3 Haupt-Nährstoffe werden +/- in folgender Reihenfolge abgebaut, wobei jeweils der ATP-Akku aufgeladen wird: Zunächst Kohlenhydrate (z.B. Glucose oder Stärke), da sie wasserlöslich und leicht abbaubar sind danach Fette (z.B. Glycerintristearat), da energiereicher, aber wasserunlöslich, folglich schwer abbaubar zuletzt Proteine (=Eiweiß; aus vielen Aminosäuren), da sie wichtige Funktionsträger sind (z.B. Enzyme und Zellaufbau- substanz) und da vor der Veratmung von Proteinen die Desaminierung durchgeführt werden muss, ein Stoffwechselvorgang, bei dem oft problematische Abbauprodukte entstehen.

Manche Nährstoffe müssen erst „vorbehandelt“ werden, damit sie die gezeigten Abbauwege durchlaufen können:

Nochmal zurück zum Marathonlauf ! Ein Hobbyläufer bekommt nach etwa 20 km ein großes Problem ……...

Durch Milchsäuregärung werden pro Glucosemolekül 2 ATP´s bereitgestellt. Vorteil (?) : läuft anaerob Nachteil (?) : viel weniger ATP´s

Durch alkoholische Gärung (C6H12O6  2C2H5OH + 2 CO2) werden pro Glucosemolekül 2 ATP´s bereitgestellt. Vorteil (?) : läuft anaerob Nachteil (?) : viel weniger ATP´s

Der Kurvenverlauf in folgenden Diagrammen ist zu begründen !

VIEL SPASS UND TSCHÜSS !! Zum Schluss folgender Schülerversuch: Ab zum nächstgelegenen Kühlschrank ! Dort sollen diverse nährstoffreiche Produkte herausgeholt werden, um damit körpereigene Dissimilationsvorgänge einzuleiten. Hierbei sollen insbesondere solche Produkte genutzt werden, die aus anaeroben Dissimilationsvorgängen entstanden sind. Auf ein Versuchsprotokoll wird verzichtet. VIEL SPASS UND TSCHÜSS !! Diese Präsentation enthält Bilder, die entweder als Freeware aus dem Internet heruntergeladen wurden oder verändert aus dem Cornelsen Gesamtband Biologie Oberstufe (1. Auflage) und dem STERN vom 24.10.02 stammen. Gruß v. KRG