Glykolyse: oxidiert Glucose zu Formpyruvat

Ch.9 Zellatmung

Ein Überblick

Bei der Zellatmung treten drei Stadien auf:

1. Glykolyse

· Tritt im Zytoplasma auf

· ist die partielle Oxidation von Glucose (6 Kohlenstoffe)zu 2 Molekülen Pyruvat (Brenztraubensäure) mit 3 Kohlenstoffen

2. Krebscycle (aka Zitronensäurezyklus)

* Tritt in der Mitochondrienmatrix auf

* Vervollständigt die Oxidation von Glucose

ich. Zerlegt Pyruvat in CO2

3. Elektronentransportkette und oxidative Phosphorylierung

· Tritt an den inneren Membranen Dermitochondrien auf

* Akzeptiert erregte Elektronen von reduzierten Coenzymträgermolekülen (NADH und FADH2).

* Nutzt die Bewegung von Elektronen, um eine ATP-inoxidative Phosphorylierung zu erzeugen. Produziert etwa 90% ATP.

o Die Elektronen wurden während der Glykolyse und des Krebszyklus geerntet.

o Sauerstoffzieht die Elektronen durch eine Reihe von Reaktionen in der Elektronentransportkette zu sukzessive niedrigeren Energiezuständen

Katabolischer Weg, bei dem ein 6-Kohlenstoff-Glucosemolekül in zwei 3-Kohlenstoff-Zucker gespalten wird, die dann oxidiert und durch einen schrittweisen Stoffwechselprozess neu angeordnet werden, der zwei Moleküle Brenztraubensäure produziert.

· Jede Reaktion bei der Glykolyse wird durch ein eigenes spezifisches Enzym im Zytoplasma katalysiert

* Bei der Oxidation von Glucose zu Pyruvat wird kein CO2 freigesetzt.

· Kann entweder mit oder ohne O2 auftreten

Die Reaktionen der Glykolyse treten in 2 Phasen auf:

1. Energieinvestitionsphase: Ein 5-stufiger Prozess, der Glukose in zwei Teile teilt. Dieser Prozess verbraucht ATP.

Schritt 1: Glucose dringt in die Zelle ein und Kohlenstoff # 6 wird phosphoryliert (Phosphat bindet daran). Diese Reaktion verwendet ATP.

Schritt 2: Ein Enzym namens Isomerase katalysiert die Reaktion, die die Struktur von Glucose-6-phosphat zu seinem Isomerfructose-6-phosphat verändert.

Schritt 3: Kohlenstoff # 1 von Fructose-6-phosphat wird phosphoryliert. Verwendet ein ATP.

Schritt 4: Fructose-1,6-Diphosphat wird in einer enzymgesteuerten Reaktion in zwei nicht identische Drei-Kohlenstoff-Zucker geschnitten. Dies ist die Reaktion, die Glykolyse gibtsein Name.

Schritt 5: Enzymgesteuerte Reaktion, die die Umwandlung der beiden Zucker in den anderen ermöglicht.

2. Energiebringende Phase: Die 2- bis 3-Kohlenstoffmoleküle werden oxidiert und ATP und NADH werden produziert.

• Nettogewinn von 2 ATP durch Phosphorylierung auf Substratebene (die Produktion von ATP durch direkte Übertragung von PO4 von einem Zwischensubstrat auf ADP. Die Reaktion wird durch Enzyme gesteuert)

· 2 moleküle von NAD werden zu Form reduziertnadh. Energie in den hochenergetischen Elektronen von NADH wird verwendet, um ATP in der oxidativen Phosphorylierung (ATPP) aus der exergonischen Übertragung von Elektronen von Nahrungsmolekülen auf einen endgültigen Elektronenakzeptor, in diesem Fall O2, herzustellen.

Schritt 1: 2 enzymkatalysierte Reaktionen, eine reduziert NADto NADH und die andere phosphoryliert die 2 Zucker. 2 NADH-Moleküle werden aus jedem produziertmolekül Glucose.

Schritt 2: ATP wird in der Phosphorylierung auf Substratebene hergestellt. PO4 wird von den phosphorylierten Zuckern zu ADP überführt. Produziert 2 ATP-Moleküle aus jedem Glucosemolekül. Dies ersetzt die 2 ATP, die in der Energieinvestitionsphase verwendet werden.

Schritt 3: Bereitet die nächste Reaktion vor. Verschiebt das Phosphat von Kohlenstoff # 3 zu Kohlenstoff # 2.

Schritt 4: Enzyme entfernen Wasser. Dies macht die Bindung, die das Phosphat zukohlenstoff # 2 schwach und instabil.

Schritt 5: 2 ATP-Moleküle werden durch Phosphorylierung auf Substratebene hergestellt.

Zusammenfassung Gleichung:

C6H12O6 + 2 NAD + 2 ATP —> 2 C3H4O3 + 2H2O + 2 NADH + 2 H+ + 2 ATP

Glucose wird in einer exergonischen Reaktion zu 2molekülen Brenztraubensäure oxidiert. Die meiste Energie ist in derhochenergetische Elektronen von NADH und in den Phosphatbindungen von ATP.

KrebsCycle

Der Krebszyklus vervollständigt die Oxidation organischer Moleküle. Es setzt die Energie frei, die in der2 Moleküle von Pyruvat. Pyruvat kann in Gegenwart von Sauerstoff nicht vollständig oxidiert werden.

1. Bevor wir in den Krebs-Zyklus eintreten können, müssen wir Acetyl Co-A

bilden* Brenztraubensäuremoleküle werden vom Zytoplasma in die Mitochondrien durch Trägerproteine in der Mitochondrienmembran bewegt. Einmal innerhalb der Mitochondrien wird Pyruvat in Acetyl-Co-A in einer Reaktion umgewandelt, die mehrere Enzyme verwendet.

o CO2 wird aus der Carboxylgruppe des Pyruvats entfernt und von einer 3-Kohlenstoff- in eine 2-Kohlenstoff-Verbindung umgewandelt. CO2 freigesetzt wird.

o Das 2-Kohlenstoffmolekül wird zu Formacetat oxidiert. NAD wird im Prozess zu NADH reduziert und es entstehen 2 NADH-Moleküle.

o Coenzym A, eine Verbindung aus Vitamin A,bindet an das Acetat und bildet Acetyl-Co-A, das viel reaktiver ist Alspyruvat.

2. Krebs-Zyklus

Für jede Umdrehung des Krebszyklus:

· 2 Kohlenstoffe treten in den Acetylteil von acetylCo-A ein.

· 2 verschiedene Kohlenstoffe werden oxidiert und verbleiben als CO2

· 3 NADH und 1 FADH2 werden erzeugt

· 1 ATP-Molekül wird durch Phosphorylierung auf Substratebene hergestellt

· Oxalacetat muss regeneriert werden

Für jedes Glucosemolekül, das während der Glykolyse gespalten wird:

· 2 Acetylfragmente werden produziert

· 2 Umdrehungen des Krebs-Zyklus müssen abgeschlossen sein, um Glucose vollständig zu oxidieren

Schritte des Krebszyklus: Jeder Schritt ist enzymatisch vermittelt

1. Acetyl Co-A bricht auseinander und das 2-Kohlenstoffacetat bindet an ein 4-Kohlenstoffmolekül Oxalacetat (eine Verbindung, die natürlicherweise in der Mitochondrienmatrix vorkommt) und bildet Zitronensäure.

2. Zitronensäure wird in ihr Isomer Isocitrinsäure umgewandelt.

3. 2 dinge passieren:

a. Isozitronensäure verliert CO2 und hinterlässt ein 5-Kohlenstoffmolekül

b. Die 5-Kohlenstoffverbindung wird oxidiert und NAD wird reduziert

4. Katalysiert durch mehrere Enzyme:

a. CO2 wird aus dem 5-Kohlenstoffmolekül entfernt

b. Das verbleibende 4-Kohlenstoffmolekül wird oxidiert und NAD wird reduziert

5. Phosphorylierung auf Substratebene erfolgt. 1 ATP hergestellt wird.

6. Ein Molekül wird oxidiert FAD wird reduziert, um FADH zu BILDEN2

7. Wasser wird zugegeben, um die nächste Reaktion zu ermöglichen

8. Ein Molekül isoxidized und NAD wird verringert, um NADH zu bilden und oxaloacetate wird erneuert, also kann thecycle wieder beginnen.

2 windungen des Krebs-Zyklusproduzieren die folgende Form: Glucosemolekül:

6 CO2-Moleküle

2 ATP-Moleküle werden durch Phosphorylierung auf Substratebene erzeugt

6 NADH-Moleküle

2 FADH2-Moleküle

Elektronentransportkette

ETC besteht aus Elektronenträgermolekülen, die in die innermitochondriale Membran eingebettet sind. Jeder Träger ist elektronegativer als der davor, daher werden die Elektronen heruntergezogendie Kette, bis sie den endgültigen Elektronenakzeptor Sauerstoff erreichen.

· Die meisten Träger in ETC sind Proteine, die an Cofaktoren gebunden sind. Es sind Diekofaktoren, die Elektronen annehmen und spenden.

Reihenfolge der Reaktionen im ETC:

NADH wird oxidiert und Flavoprotein reduziert. Hochenergetische Elektronen werden von übertragennadh zu FMN

Flavoprotein wird oxidiert, wenn es Elektronen an ein Eisen-Sulfurprotein (FeS) weiterleitet)

FeS wird oxidiert, wenn es an die einzige Nicht-Protein-Verbindung in der Kette, Chinon (Q), übergeht)

Q leitet Elektronen an eine Abfolge von Cytochrommolekülen weiter

Cytochrom a3, der letzte Träger in der Kette, Passiertelektronen zu molekularem Sauerstoff, O2

Wenn O2 reduziert wird, bildet es sich Wasser. Für jeweils 2 NADH-Moleküle ein O2wird reduziert und 2 H2O-Moleküle hergestellt.

Hinweis: die ETC DOESNOT machen ATP direkt. Es erzeugt einen Protonengradienten auf der inneren Membran der Mitochondrien. Dies speichert chemische potentielle Energie, diekann verwendet werden, um ADP zu phosphorylieren.

Chemiosmose: Die Verbindung der Prozesse des exergonischen Elektronenflusses entlang einer Elektronentransportkette zur endergonischen ATP-Produktion durch Erzeugung eines Protonengradienten über eine Membran. Der Protonengradient treibt die ATP-Synthese an, da Protonen über die Membran zurückdiffundieren.

* Empathisiert die Verbindung zwischen Phosphorylierungs- und Protonengradienten

· Ermöglicht oxidative Phosphorylierung (in der zellulären Atmung) und Photophosphorylierung (in der Photosynthese)

· Kann ATP nur mit Hilfe des Enzyms ATP-Synthase herstellen

Überprüfung des Prozesses

Energiefluss-Sequenz:

Glucose -> NADH ->ETC -> proton gradient -> ATP

Gärung

Ermöglicht zellen zu produceATP ohne sauerstoff.

1. Die Glykolyse erfolgt genau wie bei der aeroben Atmung, aber bei der anaeroben Atmung wird Pyruvat reduziert und NAD wird regeneriert. Dies verhindert, dass die Zelle ihre Versorgung mit NAD erschöpft, die für die aerobe Atmung notwendig ist.

2. Das Pyruvat wird dann fermentiert. Es gibt 2 Arten der Fermentation.

a. Alkoholische Gärung: tritt in Pflanzen, Hefen und Bakterien auf. Pyruvat wird in Ethanol umgewandelt.

1. Pyruvatelose CO2 und wird in die 2-Kohlenstoff-Verbindung Acetaldehyd umgewandelt.

2. NADHis oxidiert und Acetaldehyd id zu Ethanol reduziert

b. Milchsäuregärung: tritt in tierischen Zellen auf. Pyruvat wird in Milchsäure umgewandelt. Wird zur Herstellung von Käse und Joghurt und im Menschen verwendetmuskelzellen, wenn Sauerstoff knapp ist.

1. NADHis oxidiert und Pyruvat wird in Milchsäure umgewandelt