MINT lernen

Zusammenfassung

ATP, Redox, Glykolyse, Citratzyklus, Atmungskette und Energiebilanz — das ganze Kapitel Zellatmung auf einer Seite.

1

Energie in Lebewesen

ATP überträgt Energie, jede Umwandlung setzt Wärme frei, und die Energie der Nährstoffe wird über Elektronen weitergereicht.

1.1.1Das ATP/ADP-System

  • ATP = Adenin + Ribose + drei Phosphatgruppen
  • Hydrolyse: ATP + H₂O → ADP + Pᵢ, exergonisch
  • Kopplung treibt endergonische Reaktionen an
  • kurzfristiger Überträger, kein Speicher
ΔG°′(ATP) = −30,5 kJ/mol · ΔGges = ΔGZiel + ΔGATP

1.1.2Energieentwertung

  • Energie bleibt erhalten, wird aber entwertet
  • Wärme ist für Synthese und Bewegung nicht mehr nutzbar
  • Zellatmung η ≈ 34 %, Muskelarbeit gesamt ≈ 17 %
  • Thermogenese: Kältezittern, braunes Fett (UCP1)
η = ENutz : Eein · ηges = η1 · η2

1.1.3Redoxreaktionen

  • Oxidation = Elektronenabgabe, Reduktion = Elektronenaufnahme
  • Dehydrierung ist eine Oxidation
  • NAD⁺ und FAD transportieren Elektronen
  • C: 0 in Glucose → +IV in CO₂; O: 0 in O₂ → −II in H₂O
NAD⁺ + 2 e⁻ + 2 H⁺ ⇌ NADH + H⁺

Energie wird nicht erzeugt

Zellen wandeln Energie nur um. Was nicht in ATP oder Bewegung landet, wird als Wärme frei — entwertet, aber nicht verschwunden.

2

Oxidativer Abbau von Glucose

Vier Teilschritte, drei Orte: Die Glucose wird zerlegt und oxidiert, ihre Elektronen treiben über den Protonengradienten die ATP-Synthase an.

1.2.1Die Glykolyse

  • Cytoplasma, ohne Sauerstoff
  • 2 ATP investiert, 4 gebildet → netto 2 ATP
  • 2 NADH + H⁺ und 2 Pyruvat (C₃)
  • PFK: Schlüsselenzym, ATP und Citrat hemmen, AMP aktiviert
Glucose → 2 Pyruvat + 2 ATP + 2 (NADH + H⁺)

1.2.2Der Citratzyklus

  • Matrix: Pyruvat → Acetyl-CoA + CO₂ + NADH + H⁺
  • Acetyl (C₂) + Oxalacetat (C₄) → Citrat (C₆)
  • je Umlauf 2 CO₂, 3 NADH + H⁺, 1 FADH₂, 1 ATP (GTP)
  • je Glucose zwei Umläufe, Oxalacetat wird regeneriert
6 C der Glucose → 2 + 4 = 6 CO₂

1.2.3Die Atmungskette

  • innere Mitochondrienmembran, Komplexe I–IV
  • NADH → Komplex I, FADH₂ → Komplex II
  • Ubichinon und Cytochrom c als bewegliche Überträger
  • I, III und IV pumpen H⁺ in den Intermembranraum
½ O₂ + 2 e⁻ + 2 H⁺ → H₂O

1.2.4Das chemiosmotische Modell

  • Protonengradient: ΔpH + Membranpotenzial
  • Rückstrom nur durch die ATP-Synthase
  • ≈ 2,5 ATP je NADH + H⁺, ≈ 1,5 ATP je FADH₂
  • Cyanid, Oligomycin hemmen; DNP, UCP1 entkoppeln
ADP + Pᵢ → ATP (oxidative Phosphorylierung)

1.2.5Die Energiebilanz

  • 4 ATP aus Substratkettenphosphorylierung
  • 10 NADH + H⁺ und 2 FADH₂ → 28 ATP
  • Glycerinphosphat-Shuttle: nur 30 ATP
  • ältere Bücher: 36–38 ATP (P/O = 3 und 2)
4 + 10 · 2,5 + 2 · 1,5 = 32 ATP · η ≈ 34 %

Je Glucose verdoppeln

Ab der Spaltung in der Glykolyse laufen alle Schritte zweimal ab: zwei Pyruvat, zwei Acetyl-CoA, zwei Umläufe des Citratzyklus.

3

Die Regeln, an denen die Punkte hängen

Regel 1 — Ort immer mitnennen

Jeder Teilschritt hat seinen Ort: Cytoplasma, Matrix, innere Membran. Wer den Ort nennt, zeigt, dass er die Kompartimentierung verstanden hat.

Regel 2 — Je Glucose rechnen

Bilanzen immer je Molekül Glucose angeben und Citratzyklus sowie Decarboxylierung verdoppeln.

Regel 3 — Annahmen offenlegen

Bei ATP-Zahlen die P/O-Werte (2,5 und 1,5) und den Shuttle nennen — dann ist 30 genauso richtig wie 32.

Regel 4 — Elektronen und Protonen trennen

Elektronen wandern durch die Kette zum Sauerstoff, Protonen durch die ATP-Synthase zurück in die Matrix.

1AFB I — Reproduzieren10 Aufgaben› ?Selbsttest40 Fragen mit Auswertung›