Assimilation : aufbauende Vorgänge Dissimilation : abbauende Vorgänge

Energiewechsel:

Alle Stoffwechselvorgänge sind immer mit Energieumsatz verbunden. Es gibt: -chemische Energie (für Stoffaufbau in Zellen) -thermische Energie (Aufrechterhaltung der Körpertemperatur) -elektrische Energie (in Nervenzellen) -mechanische Energie (Muskelzellen) Die Zelle ist ein offenes System, das bedeutet das mit der Umgebung ein Stoff- und Energieaustausch statt findet.

→ Beispiel: Zellatmung C H O + 6O 6CO + 6H O ; H= -2820 kJ/mol exotherm

1.Hauptsatz der Thermodynamik

Bei einem Prozess kann Energie weder erschaffen noch vernichtet werden. Energie kann nur aus einer anderen Energieform umgewandelt werden.

H = Enthalpieänderung

Enthalpie ist die Differenz zwischen Energie der Ausgangsstoffe und der Energie der Reaktionsprodukte.

2.Hauptsatz der Thermodynamik

Bei Vorgängen in einem abgeschlossenen System bleibt die Entropie bei umkehrbarem Verlauf konstant S=0, beim tatsächlichen Verlauf in Natur und Technik nimmt die Entropie

stets zu das heißt S>0 Es gibt kein Perpetuum mobile zweiter Art, das bedeutet 100% Wärme können nicht in !00% Arbeit umgewandelt werden.(es geht also immer Energie verloren).

S Entropieänderung -Entropie ist der Ordnungszustand der Teilchen -S positiv Zunahme der Unordnung(Entropie) -Entropieänderung ist ausschlaggebend für freiwilligen Ablauf einer Reaktion G maximale Nutzbarkeit kann unter tatsächlichen Bedingungen nicht erreicht werden

H= G + T•S (T-Temperatur)

Lebewesen bauen ihre Ordnung auf indem sie die Entropie in ihrer Umgebung vermehren.

ATP als Energieüberträger

-da Reaktionen in Zellen exergonisch und endergonisch sind, wäre eine Möglichkeit der Energieversorgung die Kopplung von exergonischen und endergonischen Reaktionen. (denn endergonische Reaktionen laufen durch Energie der exergonische Reaktionen ab!) -Das ist nicht immer möglich denn 2 Reaktionen können an unterschiedlichen Orten oder zu unterschiedlichen Zeiten stattfinden.

-Also wird eine Speicher- und Transportform für Energie benötigt: ATP!

-ATP ist ein Energie-Speicher und bewegliches Zwischenprodukt. -ATP wird gebildet durch Anlagerung eines Phosphatmoleküls an ADP -dabei wird Energie gebraucht, die ATP aufnimmt -wenn ATP wieder zerfällt wird diese Energie wieder frei

↔

ADP + P ATP G= + 30 kJ/mol ↔ ATP ADP + P G= - 30 kJ/mol

ATP ist in allen lebenden Zellen vorhanden. Pro ml Gewebe befinden sich 0,5 – 2,5 mg ATP. Aufbau von ATP: (Adenin + Ribose + 3Phosphate)

AMP Adenosinmonophosphat

ADP Adenosindiphosphat ATP Adenosintriphosphat

Phosphorylierung: Veresterung mit Phosphorsäure, entstehende Verbindung ist energiereich und reaktionsbereit

Proteine

Grundbausteine sind Aminosäuren!

Die bestehen aus einem zentral gelegenen Kohlenstoffatom ( C ) , einem Rest R (der kann alles mögliche sein) und einer Carboxylgruppe (COOH, sauer) sowie einer Aminogruppe (NH², basisch). Aminosäuren unterscheiden sich nur in dem Rest R.

Aminosäuren liegen größtenteils als Zwitter-Ionen vor. Dabei geht das Wasserstoffatom von COOH zur Aminogruppe über.

Weil AS einen sauren und einen basischen Teil haben könne sie mit Säuren und mit basen reagieren.

Isoelektrischer Punkt: Aminosäuren liegen bei einem bestimmten pH-Wert vollständig als Zwitter-Ionen vor.Würde man dann eine Spannung anlegen würden die Ionen im elektrischen Feld nicht wandern.

Aminosäuren zeigen optische Aktivität. Dieses wird verursacht durch das asymetrische Kohlenstoffatom. Die Aminosäuren existieren in 2 Spiegelbildlichen Formen. Optische Aktivität bedeutet die Schwingungsebene des polarisierten Lichtes wird nach links bzw. nach rechts gedreht. L-Form links ; D-Form rechts Als Bausteine von Proteinen findet man nur L-As!

Beispiele für Aminosäuren: Alanin, Glycin, Serin, Glutamin, Phenylalanin...

Es gibt neutrale AS: haben eine Carboxylgruppe und eine Aminogruppe Es gibt saure AS: enthalten noch eine weitere Carboxylgruppe Es gibt basische AS: enthakten eine weitere Aminogruppe

Dipeptide: entstehen bei Verknüpfung von 2 AS Dabei reagiert die Carboxylgruppe der einen mit der Aminogruppe der anderen AS. Polypeptide entstehen wenn viele AS miteinander verknüpft werden.

Wenn eine Peptidkette eine bestimmte Länge hat, kommt es zwischen den AS zu schwachen Bindungen und die Kette nimmt räumliche Gestalt an Dann spricht man von einem Protein!

Primärstruktur: =Reihenfolge der AS (oder auch Aminosäuresequenz) -ist festgelegt durch Peptidbindungen (Atombindung) Sekundärstruktur: =räumliche Gestalt eines Proteins: α -Helix-Struktur = ein Stück der Polypeptidkette wird schraubig angeordnet β -Faltblatt-Struktur = ein Stück der Polypeptidkette tritt mit einem anderen Teilstück über Wasserstoffbrückenbindungen in Wechselwirkung und bildet zick-zack verlaufendes Band Tertiärstruktur: -Raumgestalt der Polypeptidkette ; hier herrschen van-der-Waals-Kräfte Quartärstruktur: - mehrere Polypeptidketten verbinden sich zu einer Einheit, z.B. Hämoglobin

Kohlenhydrate:

Fructose Cellulose

Allgemeine Summenformel: Cn(H²O)m

Monosaccharide

Eigenschaften und Molekülbau vom Monosaccharid Glucose:

-gehört zu Aldohexosen (6 C Atome und Aldehydgruppe) -Glucose gibt es in Kettenform (Hydroxylgruppe + Aldehydgruppe enthalten und Ringform (nur Hydroxylgruppen) -spielt eine ganz zentrale Rolle im Stoffwechsel -direktes Vorkommen in Honig, Früchten und im Blut -süß, energiereich, weiss, kristallin, fest, gut löslich in Wasser -Glucose ist ein entscheidendes Produkt der Photosynthese -wird von grünen Pflanzen hergestellt -vom Mensch über Nahrung aufgenommen -Mitochondrien bauen Glucose ab bei Atmung Nachweis: Fehlingsche Lösung 1 (=Kupfersulfat) und 2 mischen und mit Glucoselösung erhitzen Ziegelroter Niederschlag

Weitere Monosaccharide...

Disaccharide

Bestehen aus 2 Monosacchariden und können durch Hydrolyse in 2 Monosaccharid-moleküle gespalten werden.

Maltose: -besteht aus 2 Glucosemolekülen -ist der Grundbaustein von Stärke und Glycogen -Ausgangsprodukt zur Bierherstellung -auch Malzzucker genannt Saccharose: -besteht aus 1 Glucose- und ein Fructosemolekül -in Rüben oder Zuckerrohr -kann vom tierischen Organismus nicht synthetisiert werden -Nahrungsmittel und zur Konservierung Lactose:

Polysaccharide

(Mehrfachzucker)

-kommen besonders als Speicherstoffe in Zellen vor -z.B. Glycogen, Stärke, Cellulose, Chitin

Stärke: -viele Glucosemoleküle sind miteinander verknüpft, dabei entsteht Makromolekül -Wichtigster pflanzlicher Reservestoff -Stärke hat 2 Bestandteile: Amylose und Amylopektin -in Getreidekörnern und Kartoffelknollen -Nachweisbar mit Iodkaliumiodidlösung (gelb) blauschwarze Färbung -Stärke quillt auf mit wasser, löst sich aber nicht

Lipide

-sind fettartige Stoffe

-Fette sind Ester des dreiwertigen Alkohols Glycerin Ester werden gebildet aus Alkohol und Carbonsäuren -Fette können gesättigte (nur Einfachbindungen z.B. Palmitinsäure) oder ungesättigte ( Doppelbindungen, z.B. Ölsäure oder Linolsäure) Fettsäuren enthalten -Fette können durch Enzyme im Verdauungssystem durch Gallensaft abgebaut werden -Bedeutung: Energiespeicher/ Reservestoff -wichtige Lipide sind Neutralfette, Steroide und Phosphorlipide -unlöslich in Wasser Nachweis : Fettfleckprobe

Polare Lipide: haben einen wasserfreundlichen Teil und einem Wasserfeindlichen teil

Nucleinsäuren

-deren Bausteine sind Nucleotide (1 Phosphorsäuremolekül + 1 Zucker + 1 der4 organ.Basen) -Nucleinsäuren sind Polynucleotidketten, in denen durch festgelegte Aufeinanderfolge von Purin- und Pyrimidinbasen Erbinfos verschlüsselt sind. Es gibt 2 Hauptgruppen: DNS und RNS (unterscheiden sich in Zuckeranteil und Funktion)

Porphyrine

=Farbstoffe, deren Moleküle 4-Pyrrolringe enthalten

-z.B. Hämoglobin und Chlorophyll und Cytochrome

-haben hohe biologische Aktivität