4. Stoff- und Energiehaushalt

Präsentation zum Thema: "4. Stoff- und Energiehaushalt"—  Präsentation transkript:

1 4. Stoff- und Energiehaushalt
Fachbiologie RA-Ausbildung 2004 Fachbiologie 4. Stoff- und Energiehaushalt 1

2 Fachbiologie 4.1. Stoffhaushalt
RA-Ausbildung 2004 Definitionen Metabolismus ( Stoffwechsel ): Summe der chemischen Reaktionen einer Zelle. Reaktionen werden durch Enzyme vermittelt. Enzyme: Biokatalysatoren, meist Proteine. Substratspezifisch und reaktionsspezifisch. Stoffwechselketten ( Reaktionsketten ): Mehrere Enzyme sind hintereinandergeschaltet. 2

3 Fachbiologie 4.1. Stoffhaushalt
RA-Ausbildung 2004 Enzyme Enzyme – Wirkmechanismus als Katalysator: Energie Ohne Enzym Ausgangsstoff Mit Enzym: Aktivierungsenergie wird heruntergesetzt Reaktionen können bei Körpertemperatur ablaufen Aktivierungsenergie Reaktionsprodukt Reaktionskoordinate 3

4 Fachbiologie 4.1. Stoffhaushalt
RA-Ausbildung 2004 Enzyme Enzyme – Substrat- und Reaktionsspezifität: Enzym Enzym Enzym Substratspezifität: Schlüssel-Schloß-Prinzip! Reaktionsspezifität: Nur ein spezifisches Produkt entsteht! 4

5 Fachbiologie 4.1. Stoffhaushalt
RA-Ausbildung 2004 Metabolismus Metabolismus: Unterteilung in Anabolismus und Katabolismus. Anabolismus: Reaktionsketten, die Stoffe unter Energieverbrauch aufbauen. (Proteinbiosynthese, Stärkesynthese ) Katabolismus: Reaktionsketten, die Stoffe unter Energiegewinn abbauen. (Glykolyse, Fettsäure-Abbau ) 5

6 Fachbiologie 4.1. Stoffhaushalt
RA-Ausbildung 2004 Metabolismus Kohlenhydrate Proteine Lipide Aminosäuren CO2 H2O NH3 Citratcyclus ENERGIE Harnstoff Anabolismus: energieverbrauchende Reaktionen Katabolismus:energieliefernde Reaktionen 6

7 Fachbiologie 4.2. Energiestoffwechsel
RA-Ausbildung 2004 Einführung Viele Vorgänge in der Zelle verbrauchen Energie: Anabolismus ( Pankreaszelle   Insulinbildung ) Bewegung ( Muskelzelle   Kontraktion ) Reizaufnahme/-verarbeitung ( Neuron   Zellpotential ) Homöostase (  Aufrechterhalten der Körpertemperatur etc. ) etc. ... ATP ATP ATP ATP 7

8 Fachbiologie 4.2. Energiestoffwechsel
RA-Ausbildung 2004 Der Stoffkreislauf CO2 + H2O C6H12O6 Photosynthese Glucose CO2 + H2O ATP O2 C6H12O6 Glucose Zellatmung 8

9 Fachbiologie 4.2. Energiestoffwechsel
RA-Ausbildung 2004 Der Stoffkreislauf CO2 + H2O CO2 + H2O ATP ? O2 C6H12O6 C6H12O6 Glucose Glucose Zellatmung Photosynthese 9

10 Fachbiologie 4.2. Energiestoffwechsel
RA-Ausbildung 2004 Die Zellatmung Glucose O2 Glykolyse Atmungskette Citratcyklus 10

11 Fachbiologie 4.2. Energiestoffwechsel
RA-Ausbildung 2004 Die Glykolyse Enzym 1 Enzym 2 C6H12O6 2 x C3H6O3 Glucose Brenztraubensäure ( Pyruvat ) ATP 2 x NADPH „Aktivierter Wasserstoff“ 11

12 Fachbiologie 4.2. Energiestoffwechsel
RA-Ausbildung 2004 Die Glykolyse Glucose O2 NADPH Glykolyse „Aktivierter Wasserstoff“ ATP 2 x Brenztraubensäure ( Pyruvat ) Atmungskette Citratcyklus 12

13 Fachbiologie 4.2. Energiestoffwechsel
RA-Ausbildung 2004 Der Citratcyclus CO2 C3H6O3 C2H3O - CoA Brenztraubensäure ( Pyruvat ) Acetyl-CoA ( aktivierte Essigsäure ) NADPH 2 x CO2 ca. 3,5 x NADPH Citratcyclus GTP 13

14 Fachbiologie 4.2. Energiestoffwechsel
RA-Ausbildung 2004 Der Citratcyklus Glucose O2 NADPH Glykolyse „Aktivierter Wasserstoff“ ATP 2 x Brenztraubensäure ( Pyruvat ) NADPH CO2 Atmungskette 2 x Acetyl-CoA ( aktivierte Essigsäure ) CO2 NADPH Citratcyklus ATP 14

15 Fachbiologie 4.2. Energiestoffwechsel
RA-Ausbildung 2004 Die Atmungskette „Knallgasreaktion“! O2 + NADPH H2O „Aktivierter Wasserstoff“ ATP ca. 3 x 15

16 Fachbiologie 4.2. Energiestoffwechsel
RA-Ausbildung 2004 Die Atmungskette Glucose O2 NADPH ATP Glykolyse „Aktivierter Wasserstoff“ ATP ATP 2 x Brenztraubensäure ( Pyruvat ) NADPH CO2 Atmungskette 2 x Acetyl-CoA ( aktivierte Essigsäure ) ATP CO2 NADPH ATP Citratcyklus ATP 16

17 Fachbiologie 4.2. Energiestoffwechsel
RA-Ausbildung 2004 Energiebilanz der Zellatmung Glucose ATP 2 x NADPH = 6 x ATP ATP 2 x = 2 x 2 x Brenztraubensäure ( Pyruvat ) ATP 2 x NADPH = 6 x 2 x Acetyl-CoA ( aktivierte Essigsäure ) ATP 7 x NADPH = 21 x GTP ATP 2 x = 2 x Citratcyclus ATP Summe: ~ 37 x 17

18 Fachbiologie 4.2. Energiestoffwechsel
RA-Ausbildung 2004 Milchsäuregärung Glucose O2 NADPH ATP Glykolyse „Aktivierter Wasserstoff“ ATP ATP 2 x Brenztraubensäure ( Pyruvat ) NADPH CO2 Atmungskette 2 x Acetyl-CoA ( aktivierte Essigsäure ) ATP CO2 NADPH ATP Citratcyklus ATP 18

19 Fachbiologie 4.2. Energiestoffwechsel
RA-Ausbildung 2004 Milchsäuregärung Glucose O2 NADPH Glykolyse Milchsäure ( Lactat ) 2 x Brenztraubensäure ( Pyruvat ) ACIDOSE Energiemangel Zelltod! 19

20 Fachbiologie 4.2. Energiestoffwechsel
RA-Ausbildung 2004 Vergleich der Energiebilanzen Glucose Glucose ATP 2 x NADPH 2 x ATP 2 x 2 x Brenztraubensäure ( Pyruvat ) 2 x Brenztraubensäure ( Pyruvat ) 2 x NADPH 2 x Acetyl-CoA ( aktivierte Essigsäure ) Milchsäure ( Lactat ) 7 x NADPH GTP 2 x Citratcyclus ATP ATP ~ 37 x 2 x 20

21 Fachbiologie 4.2. Energiestoffwechsel
RA-Ausbildung 2004 Bedeutung der Atmung und des Kreislaufes CO2 CO2 ATP O2 Zellatmung C6H12O6 + O2  CO2 + H2O Lunge O2 21