Stoffwechselphysiologie

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Biologie Leistungskurs 2.Semester Klasse 12: Stoffwechselphysiologie ab Februar 2001 Stoffwechselphysiologie

Stoffliche Zusammensetzung der Zellen (Linder Seite 127)

Wiederholung:

Begriffe:

Wasser:

Stoffwechselvorgänge:

Photosynthese Chemosynthese

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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

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!

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-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.

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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:

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...

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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)

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Porphyrine

=Farbstoffe, deren Moleküle 4-Pyrrolringe enthalten -z.B. Hämoglobin und Chlorophyll und Cytochrome -haben hohe biologische Aktivität