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Übung AFB II

Rechnen, vergleichen, Befunde deuten: zehn Aufgaben, die Zusammenhänge der Zellatmung herstellen.

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Aufgabenblock — AFB II

Zehn Aufgaben zum Anwenden: Bilanzen rechnen, Messwerte deuten, Teilschritte vergleichen. Hier entscheidet sich, ob Sie die Zusammenhänge verstanden haben.

A1
Ohne Sauerstoff kein Citratzyklus
AFB II

Der Citratzyklus verbraucht selbst keinen Sauerstoff — trotzdem kommt er ohne O₂ zum Stillstand. Erklären Sie das, indem Sie die Ursachenkette ordnen.

Ziehen Sie die Karten in die richtige Reihenfolge — mit der Tastatur: ↑/↓ verschiebt, Shift+↑/↓ wechselt nur den Fokus.
1Sauerstoff fehlt als Endakzeptor an Komplex IV.
2Die Überträger der Kette bleiben reduziert, der Elektronenfluss stoppt.
3NADH + H⁺ und FADH₂ können ihre Elektronen nicht mehr abgeben.
4NAD⁺ und FAD werden in der Matrix knapp.
5Die Dehydrogenasen des Citratzyklus finden keinen Elektronenakzeptor mehr — der Zyklus steht still.
Der Citratzyklus hängt über die Coenzyme an der Atmungskette: Ohne Endakzeptor kein NAD⁺, ohne NAD⁺ keine Oxidation im Zyklus.
Beginnen Sie am Ende der Kette.
Welche Stoffe braucht der Citratzyklus als Elektronenakzeptoren?
A2
Zwei Wege zum ATP
AFB II

Vergleichen Sie die beiden Arten der ATP-Bildung. Kreuzen Sie alle zutreffenden Spalten an.

Setzen Sie alle passenden Kreuze — manche Zeilen brauchen mehrere. Enter setzt und löscht.
MerkmalSubstratkettenphosphorylierungoxidative Phosphorylierung
Phosphatgruppe stammt aus einem phosphorylierten Zwischenprodukt
braucht einen Protonengradienten
läuft auch ohne Sauerstoff ab
findet im Citratzyklus statt
liefert je Glucose den Großteil des ATP
bildet ATP aus ADP
Beide Wege bilden ATP aus ADP. Die oxidative Phosphorylierung liefert ≈ 28 von 32 ATP, braucht aber die Atmungskette und damit O₂.
Eine Zeile gilt für beide Wege.
Welcher Weg braucht die innere Mitochondrienmembran?
A3
Pyruvat in der Leber
AFB II

Leberzellen nehmen Pyruvat aus dem Blut auf und bauen es in den Mitochondrien vollständig ab. Ermitteln Sie die ATP-Ausbeute (≈ 2,5 ATP je NADH + H⁺, ≈ 1,5 ATP je FADH₂).

Rechnen Sie die Kette Schritt für Schritt: Erst wenn ein Schritt stimmt, wird der nächste freigeschaltet. Enter prüft. Dezimalzahlen mit Komma oder Punkt.
  1. NADH + H⁺ je Pyruvat (Decarboxylierung + Citratzyklus): NADH
  2. FADH₂ je Pyruvat: FADH₂
  3. ATP je Pyruvat insgesamt (inkl. GTP): ATP
  4. Anteil beider Pyruvat an den 32 ATP einer Glucose: %
4 · 2,5 + 1 · 1,5 + 1 = 12,5 ATP je Pyruvat. Zwei Pyruvat liefern 25 von 32 ATP ≈ 78 % — der Großteil der Energie steckt nach der Glykolyse noch im Pyruvat.
Die oxidative Decarboxylierung liefert ein NADH, der Citratzyklus drei.
Das GTP aus dem Citratzyklus zählt als ein ATP.
A4
Wann arbeitet die PFK schneller?
AFB II

Begründen Sie, ob die Aktivität der Phosphofructokinase in der jeweiligen Situation steigt oder sinkt, indem Sie die Karten einordnen.

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).
1PFK-Aktivität steigt
2PFK-Aktivität sinkt
ATP und Citrat hemmen die PFK allosterisch, AMP und ADP heben die Hemmung auf — negative Rückkopplung: Die Glykolyse läuft nur so schnell, wie ATP gebraucht wird.
Was zeigt ein hoher AMP-Spiegel an?
Auch ein Gift kann die Glykolyse indirekt beschleunigen — über den ATP-Mangel.
A5
Vier unbekannte Stoffe
AFB II

Isolierte Mitochondrien werden mit vier Stoffen W–Z behandelt (Modellbefunde):

StoffO₂-VerbrauchATP-BildungProtonengradient
Wunverändertunverändertunverändert
Xstark ↓stark ↓bricht zusammen
Y↑stark ↓bricht zusammen
Zstark ↓stark ↓bleibt hoch

Deuten Sie die Befunde, indem Sie jedem Stoff seine Wirkung zuordnen.

Klicken Sie links einen Eintrag an und dann rechts den passenden — es entsteht eine Verbindungslinie. Mit der Tastatur: Enter zum Auswählen, ↑/↓ zum Wandern.
Der Gradient unterscheidet X und Z: Ohne Elektronenfluss wird nicht gepumpt (X). Ist die ATP-Synthase verstopft, staut sich der Gradient und bremst die Atmung (Z). Nur ein Entkoppler (Y) steigert den O₂-Verbrauch.
Achten Sie zuerst auf die Spalte „Protonengradient“.
Nur bei einem Stoff steigt der O₂-Verbrauch.
A6
ATP-Umsatz eines Tages
AFB II

Ein Mensch mit 70 kg Körpermasse setzt täglich ungefähr so viel ATP um, wie er wiegt. Schätzen Sie ab, wie viel Glucose (in g) nötig wäre, wenn das gesamte ATP über die Zellatmung mit ≈ 32 ATP je Glucose gebildet würde. \(M(\text{ATP}) = 507\,\mathrm{g\,mol^{-1}}\), \(M(\text{Glucose}) = 180\,\mathrm{g\,mol^{-1}}\).

Rechnen Sie oder überlegen Sie selbst und tragen Sie das Ergebnis ein — Enter prüft direkt.
g
\(n(\text{ATP}) = 70\,000 : 507 \approx 138\,\mathrm{mol}\); \(n(\text{Glucose}) = 138 : 32 \approx 4{,}3\,\mathrm{mol}\); \(m \approx 4{,}3 \cdot 180 \approx \mathbf{780\,g}\). Möglich ist das nur, weil jedes ATP-Molekül tausendfach recycelt wird.
Rechnen Sie zuerst die Stoffmenge ATP aus.
Teilen Sie durch 32 und multiplizieren Sie mit der molaren Masse der Glucose.
A7
Mitochondrien im Messgefäß
AFB II

Isolierte Mitochondrien erhalten Pyruvat (Ansatz 1) oder Succinat (Ansatz 2; seine Elektronen gelangen als FADH₂ über Komplex II in die Kette). Nach Zugabe von 400 nmol ADP wird alles ADP zu ATP phosphoryliert. Verbraucht werden dabei in Ansatz 1 80 nmol O₂, in Ansatz 2 133 nmol O₂. Ein O-Atom nimmt ein Elektronenpaar auf. Werten Sie die Messung aus.

Rechnen Sie die Kette Schritt für Schritt: Erst wenn ein Schritt stimmt, wird der nächste freigeschaltet. Enter prüft. Dezimalzahlen mit Komma oder Punkt.
  1. Ansatz 1: verbrauchte Sauerstoffatome: nmol O
  2. Ansatz 1: ATP je O-Atom (P/O-Quotient):
  3. Ansatz 2: ATP je O-Atom (P/O-Quotient):
400 : 160 = 2,5 und 400 : 266 ≈ 1,5. Genau diese Messwerte stehen hinter den Faustregeln 2,5 ATP je NADH und 1,5 ATP je FADH₂.
Ein O₂-Molekül enthält zwei O-Atome.
P/O = gebildete ATP : verbrauchte O-Atome.
A8
Kompartimente im Mitochondrium
AFB II

Erläutern Sie den Zusammenhang von Bau und Funktion des Mitochondriums, indem Sie die Aussagen prüfen.

5 Aussagen nacheinander. Eine falsche Einschätzung reicht — dann starten Sie die Serie mit „Neue Runde“ neu.
Aussage 1 von 5

Kompartimentierung: Nur weil die innere Membran dicht ist, kann sich zwischen zwei Räumen ein Gradient aufbauen.
Welche Membran ist gefaltet und dicht?
Viele Protonen = niedriger pH-Wert.
A9
Welche Gleichung gehört wohin?
AFB II

Ordnen Sie die Teilgleichungen in die Abschnitte der Zellatmung ein.

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).
1Glykolyse
2oxidative Decarboxylierung
3Citratzyklus
4Atmungskette
Phosphorylierte Zucker gehören zur Glykolyse, CoA-Verbindungen zu Decarboxylierung und Citratzyklus, freie Elektronen und Sauerstoff zur Atmungskette. Die Succinat-Oxidation ist zugleich der Einstieg über Komplex II.
Suchen Sie nach Leitmolekülen: Zuckerphosphat, CoA, Sauerstoff.
An welcher Stelle geben NADH + H⁺ ihre Elektronen ab?
A10
ATP-Spiegel beim Laufen
AFB II

Messwerte eines Läufers (Modellwerte):

ZeitpunktO₂-Aufnahme in L/minATP im Muskel in mmol/kg
Ruhe0,35,0
nach 2 min Laufen2,04,8
nach 10 min Laufen2,44,8

Interpretieren Sie die Messwerte, indem Sie alle zutreffenden Aussagen markieren.

Mehrere Antworten sind richtig. Markieren Sie alle zutreffenden und klicken Sie dann auf „Prüfen“.
Fließgleichgewicht: Verbrauch und Nachbildung halten sich die Waage. Der Vorrat von ≈ 5 mmol/kg reicht nur für wenige Sekunden Belastung.
Ein konstanter Spiegel sagt nichts über den Umsatz.
Was steuert die PFK?