Zehn Übungen zur Stoff- und Energiebilanz — vom Ort der Teilschritte bis zum Wirkungsgrad.
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Übungsaufgaben
Zehn interaktive Übungen von AFB I bis AFB III. Jede Übung gibt Ihnen sofort Rückmeldung; bei Schwierigkeiten helfen die gestuften Tipps.
A1
Wer liefert was?
AFB I
Ordnen Sie jedem Teilschritt seine Stoffbilanz je Glucose zu.
Klicken Sie links einen Eintrag an und dann rechts den passenden — es entsteht eine Verbindungslinie. Mit der Tastatur: Enter zum Auswählen, ↑/↓ zum Wandern.
Nur Decarboxylierung und Citratzyklus setzen CO₂ frei; O₂ wird erst in der Atmungskette gebraucht.
Wo entsteht zum ersten Mal CO₂?
Wasser entsteht dort, wo O₂ Elektronen aufnimmt.
A2
Wo in der Zelle?
AFB I
Geben Sie für jeden Vorgang den Ort in einer Eukaryotenzelle an.
Ziehen Sie jede Karte in den passenden Korb — oder wählen Sie sie mit Enter aus und drücken Sie dann die Ziffer des Korbs (0 legt sie zurück).
1Cytoplasma
2Mitochondrienmatrix
3innere Mitochondrienmembran
Glykolyse im Cytoplasma, Decarboxylierung und Citratzyklus in der Matrix, Atmungskette und ATP-Synthase in der inneren Membran (Cristae).
Die Glykolyse ist der einzige Teilschritt außerhalb der Mitochondrien.
Alles, was Protonen pumpt oder zurückfließen lässt, sitzt in einer Membran.
A3
Lückentext Stoffbilanz
AFB I
Setzen Sie die Begriffe ein — zwei Wörter bleiben übrig.
Wort anklicken, dann Lücke anklicken (oder umgekehrt) — mit Tab und Enter geht es genauso. Ein Klick auf eine gefüllte Lücke legt das Wort zurück.
Je Glucose entstehen insgesamt CO₂: zwei bei der und vier im . Der eingeatmete Sauerstoff wird erst in der gebraucht und dort zu reduziert.
Die Glykolyse setzt kein CO₂ frei. Der Sauerstoff im ausgeatmeten CO₂ stammt aus Glucose und Wasser, nicht aus O₂.
Zählen Sie die C-Atome: 6 in der Glucose.
Der Endakzeptor der Elektronen wird zu einem sehr bekannten Stoff.
A4
Ein Acetyl-CoA
AFB II
Berechnen Sie, wie viele ATP der vollständige Abbau eines Acetyl-CoA in Citratzyklus und Atmungskette liefert (P/O-Werte 2,5 und 1,5).
Rechnen Sie oder überlegen Sie selbst und tragen Sie das Ergebnis ein — Enter prüft direkt.
ATP
Ein Umlauf liefert 3 NADH + H⁺, 1 FADH₂ und 1 ATP (GTP): \(3 \cdot 2{,}5 + 1 \cdot 1{,}5 + 1 = \mathbf{10}\) ATP.
Welche Überträger entstehen bei einem Umlauf des Citratzyklus?
Das GTP zählt wie ein ATP.
A5
Teilschritte im Vergleich
AFB II
Vergleichen Sie die Teilschritte: Kreuzen Sie an, was jeweils gebildet wird.
Setzen Sie alle passenden Kreuze — manche Zeilen brauchen mehrere. Enter setzt und löscht.
Teilschritt
NADH + H⁺
FADH₂
CO₂
ATP
Glykolyse
Oxidative Decarboxylierung
Citratzyklus
Atmungskette mit ATP-Synthase
Nur der Citratzyklus bildet alle vier Produkte. Die Atmungskette verbraucht NADH und FADH₂ und liefert über die ATP-Synthase den Großteil des ATP.
Die oxidative Decarboxylierung bildet kein ATP.
FADH₂ entsteht nur an einer Stelle.
A6
Mix: Warum 2,5 ATP?
MixAFB II
Hier geht es auch um 1.2.4 Das chemiosmotische Modell. Erläutern Sie, warum die P/O-Werte keine ganzen Zahlen sind, indem Sie alle richtigen Aussagen markieren.
Mehrere Antworten sind richtig. Markieren Sie alle zutreffenden und klicken Sie dann auf „Prüfen“.
\(10 : 4 = 2{,}5\) und \(6 : 4 = 1{,}5\) — der Protonengradient koppelt beide Vorgänge, aber nicht in ganzzahligen Schritten.
Rechnen Sie Protonen, nicht Moleküle.
Welche Komplexe pumpen, und wo fließen die Protonen zurück?
A7
Der Weg der Energie
AFB II
Beschreiben Sie, wie die Energie der Glucose ins ATP gelangt, indem Sie die Schritte ordnen.
Ziehen Sie die Karten in die richtige Reihenfolge — mit der Tastatur: ↑/↓ verschiebt, Shift+↑/↓ wechselt nur den Fokus.
1Chemische Energie ist in der Glucose gebunden.
2Beim Abbau werden Elektronen auf NAD⁺ und FAD übertragen.
3Die Elektronen durchlaufen die Atmungskette; dabei werden Protonen in den Intermembranraum gepumpt.
4Der Protonengradient hält die Energie als elektrochemisches Gefälle fest.
5Protonen strömen durch die ATP-Synthase zurück, ADP wird zu ATP phosphoryliert.
Die Energie wechselt viermal ihre Form: Glucose → Reduktionsäquivalente → Protonengradient → ATP.
Am Anfang steht der Nährstoff, am Ende das ATP.
Der Gradient entsteht, bevor die ATP-Synthase arbeitet.
A8
Aussagen zur Bilanz
AFB III
Überprüfen Sie die Aussagen.
5 Aussagen nacheinander. Eine falsche Einschätzung reicht — dann starten Sie die Serie mit „Neue Runde“ neu.
Aussage 1 von 5
Merken Sie sich die Reihenfolge der Ausbeute: Citratzyklus-NADH liefert am meisten ATP, die Substratkette am wenigsten.
Rechnen Sie nach: 4 ATP direkt gegenüber ≈ 28 ATP über NADH und FADH₂.
Zählen Sie NADH je Glucose, nicht je Umlauf.
A9
Trickaufgabe: Wirkungsgrad in der Zelle
AFB III
Lehrbücher rechnen mit \(\Delta G^{\circ\prime} = -30{,}5\,\mathrm{kJ\,mol^{-1}}\). In einer lebenden Zelle liegen ATP, ADP und Phosphat aber nicht in Standardkonzentrationen vor; dort beträgt die freie Enthalpie der ATP-Hydrolyse etwa \(-50\,\mathrm{kJ\,mol^{-1}}\) (Modellwert). Ermitteln Sie den Wirkungsgrad unter diesen Bedingungen (32 ATP, 2870 kJ je mol Glucose).
Rechnen Sie die Kette Schritt für Schritt: Erst wenn ein Schritt stimmt, wird der nächste freigeschaltet. Enter prüft. Dezimalzahlen mit Komma oder Punkt.
In ATP gebundene Energie je mol GlucosekJ
Wirkungsgrad \(\eta\)%
Die Falle: η ≈ 34 % gilt nur für Standardbedingungen. In der Zelle ist jedes ATP „mehr wert“: \(32 \cdot 50 = 1600\,\mathrm{kJ}\), \(1600 : 2870 \approx 56\,\%\).
Die Anzahl der ATP bleibt gleich — nur der Wert je ATP ändert sich.
Wirkungsgrad = Nutzen : Aufwand, als Prozentzahl.
A10
Fehlersuche im Kurzvortrag
AFB III
Sechs Sätze aus einem Kurzvortrag — drei sind falsch. Widerlegen Sie die falschen Aussagen, indem Sie sie markieren.
In diesem Text stecken Fehler. Klicken Sie genau die falschen Zeilen an — die richtigen müssen stehen bleiben.
Typische Verwechslungen: Herkunft des CO₂, Verbleib des O₂ und die Vorstellung, Energie gehe „verloren“.
Prüfen Sie jede Stoffangabe mit der Bilanz der Teilschritte.
