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Das ATP/ADP-System

Wie bezahlt eine Zelle eine Reaktion, die von allein niemals ablaufen würde?

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ATP — die Energiewährung der Zelle

Fast jeder energieverbrauchende Vorgang in der Zelle wird mit ATP „bezahlt“.

  • Aufbau: Adenosintriphosphat = Adenin + Ribose + drei Phosphatgruppen.
  • Hydrolyse: Die endständige Phosphatgruppe wird abgespalten: ATP + H₂O → ADP + Pi. Dabei wird Energie frei.
  • Energiebilanz: Die Produkte sind energieärmer: Die negativ geladenen Phosphatgruppen stoßen sich im ATP ab, ADP und Pi sind stabiler hydratisiert.
  • Kreislauf: ADP wird in der Zellatmung wieder zu ATP phosphoryliert — ATP ist ein kurzfristiger Überträger, kein Speicher.
  • Umsatz: Der Körper enthält nur rund 250 g ATP, setzt aber täglich etwa seine eigene Körpermasse um.
Merke

ATP-Hydrolyse: ATP + H2O → ADP + Pi · \(\Delta G^{\circ\prime} = -30{,}5\,\mathrm{kJ\,mol^{-1}}\)

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Energetische Kopplung

Endergonische Reaktionen (\(\Delta G > 0\)) laufen nur ab, wenn eine stärker exergonische Reaktion sie antreibt.

  • Prinzip: Beide Reaktionen laufen am selben Enzym ab und haben ein gemeinsames Zwischenprodukt.
  • Phosphorylierung: ATP überträgt seine Phosphatgruppe auf das Substrat — das phosphorylierte Zwischenprodukt ist energiereicher und reagiert weiter.
  • Genutzt für: Synthesen (z. B. Proteine), Bewegung (Muskelkontraktion) und Transport gegen ein Konzentrationsgefälle (Ionenpumpen).
Herleitung:
Glucose + Pi → Glucose-6-phosphat + H2O
| \(\Delta G = +13{,}8\)

Allein endergonisch — läuft nicht freiwillig ab.

ATP + H2O → ADP + Pi
| \(\Delta G = -30{,}5\)

Beide Gleichungen addieren; Pi und H2O kürzen sich heraus.

Glucose + ATP → Glucose-6-phosphat + ADP
| addieren

\(\Delta G = +13{,}8 + (-30{,}5) = -16{,}7\,\mathrm{kJ\,mol^{-1}}\)

\(\Delta G_{\text{gesamt}} = \Delta G_{\text{Ziel}} + \Delta G_{\text{ATP}} < 0\)
Ergebnis

Die gekoppelte Reaktion ist exergonisch und läuft ab.

Merke

Kopplung: \(\Delta G_{\text{gesamt}} = \Delta G_{\text{Ziel}} + \Delta G_{\text{ATP}}\) — die Reaktion läuft ab, wenn \(\Delta G_{\text{gesamt}} < 0\).

Die Zielreaktion links läuft allein nicht ab. Baue eine Partnerreaktion ein: Karte anklicken — oder mit Tab/←→ wählen und Enter drücken. Ein Klick auf den rechten Platz nimmt die Karte wieder heraus. „Anderes Beispiel“ wechselt die Zielreaktion.

Energetische Kopplung bauen

Halte fest: Eine endergonische Reaktion läuft ab, wenn sie mit der ATP-Hydrolyse gekoppelt wird und die Summe der ΔG-Werte negativ ist. Wärme aus der Umgebung kann eine Zellreaktion nicht antreiben.

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Allgemeine Hinweise

Keine „energiereiche Bindung“

Beim Spalten einer Bindung wird nie Energie frei. Frei wird sie, weil ADP und Phosphat zusammen energieärmer sind als ATP.

Vorzeichen mitschreiben

Exergonisch heißt \(\Delta G < 0\), endergonisch \(\Delta G > 0\). Beim Addieren das Minuszeichen der ATP-Hydrolyse nicht vergessen.

ATP ist kein Speicher

Langfristig speichern Zellen Energie in Fetten, Stärke und Glykogen. ATP überträgt Energie nur über Sekunden bis Minuten.

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