1111Fotosynthese, Zellatmung, Farne und Moose

• Mitose


  Zellteilungsprozess bei Pflanzen und Tieren

  
• Meiose


  Zellteilungsprozess bei der Bildung von Geschlechtszellen

  
• Fotosynthese - Lichtreaktion


  1. Lichtenergie wird in chemische Energie (ATP, NADPH) umgewandelt

  2. Wasser wird gespalten, Elektronen, Protonen und Sauerstoff werden freigesetzt

  3. Elektronen durchlaufen Elektronentransportkette, Protonengradient wird aufgebaut

  4. ATP-Synthase nutzt Protonengradient zur ATP-Produktion

  
• Fotosynthese - Dunkelreaktion (Calvin-Zyklus)


  1. CO2 wird zu Glucose umgewandelt

  2. Verwendung von ATP und NADPH aus Lichtreaktion

  
• C4-Pflanzen


  • Haben spezielle Photosynthese-Variante, die es ihnen ermöglicht, in heißen und trockenen Klimazonen zu überleben
  • CO2 wird zunächst in Mesophyllzellen als 4C-Verbindung fixiert, dann in Bündelscheidenzellen in Calvin-Zyklus eingeschleust
• CAM-Pflanzen


  Trennen CO2-Fixierung und Calvin-Zyklus zeitlich, indem sie nachts CO2 aufnehmen und als Malat speichern, das tagsüber zur Fotosynthese genutzt wird
• C3-Pflanzen


  Häufigste Form der Fotosynthese, bei der 3-Phosphoglycerinsäure das erste stabile Produkt des CO2-Einbaus im Calvin-Zyklus ist

  
• Zellatmung


  1. Glykolyse

  2. Citratzyklus

  3. Atmungskette (oxidative Phosphorylierung)
• Glykolyse


  1. Glucose wird phosphoryliert und in Fructose-1,6-Bisphosphat umgewandelt

  2. Fructose-1,6-Bisphosphat wird in zwei Triosen gespalten

  3. Durch Oxidation und Phosphorylierung entstehen 2 ATP und 2 NADH

  4. Endprodukt ist Pyruvat, das in den Citratzyklus eintritt

  
• Energiebilanz Glykolyse


  • Insgesamt werden 2 ATP verbraucht, aber 4 ATP und 2 NADH (weitere ATP-Äquivalente) gewonnen
  • Netto-Energieausbeute beträgt also 2 ATP

  
• Regulation Glykolyse


  • Schlüsselschritt ist Umwandlung von Fructose-6-Phosphat zu Fructose-1,6-Bisphosphat, katalysiert durch Enzym Phosphofructokinase
  • Phosphofructokinase wird durch hohe ATP-Konzentrationen gehemmt und durch hohe ADP/AMP-Konzentrationen aktiviert
• Glykolyse


  1. Glucose wird zunächst phosphoryliert und in Fructose-1,6-Bisphosphat umgewandelt

  2. Fructose-1,6-Bisphosphat wird dann in zwei Triosen (Hydroxyacetonphosphat und Glycerinaldehyd-3-Phosphat) gespalten

  3. Durch Oxidation und Phosphorylierung entstehen dann 2 ATP und 2 NADH

  4. Das Endprodukt ist Pyruvat, das dann in den Citratzyklus eintritt

  
• Energiebilanz der Glykolyse


  • Insgesamt werden 2 ATP verbraucht, aber 4 ATP und 2 NADH (weitere ATP-Äquivalente) gewonnen
  • Die Netto-Energieausbeute der Glykolyse beträgt also 2 ATP

  
• Regulation der Glykolyse


  1. Der Schlüsselschritt ist die Umwandlung von Fructose-6-Phosphat zu Fructose-1,6-Bisphosphat

  2. Dieses wird durch das Enzym Phosphofructokinase katalysiert

  3. Phosphofructokinase wird durch hohe ATP-Konzentrationen gehemmt und durch hohe ADP/AMP-Konzentrationen aktiviert

  4. So wird die Glykolyse-Aktivität an den Energiebedarf der Zelle angepasst
• Citratzyklus


  1. Der Citratzyklus beginnt mit der Kondensation von Acetyl-CoA, das aus der oxidativen Decarboxylierung von Pyruvat entsteht, mit Oxalacetat zu Citrat

  2. Im Citratzyklus finden dann mehrere Oxidationsreaktionen statt, bei denen zwei Moleküle CO2 freigesetzt und insgesamt 3 Moleküle NADH und 1 Molekül FADH2 gebildet werden

  3. Außerdem wird bei einer Reaktion GTP (Guanosintriphosphat) gebildet, das dann in ATP umgewandelt wird

  4. Der Citratzyklus ist ein zyklischer Prozess, bei dem Oxalacetat am Ende wieder regeneriert wird, sodass der Zyklus von vorne beginnen kann

  5. Insgesamt entsteht pro Glucosemolekül, das die Glykolyse durchlaufen hat, 1 Molekül ATP direkt im Citratzyklus, sowie die energiereichen Moleküle NADH und FADH2 für die nachfolgende Atmungskette
• Citratzyklus


  Der zentrale Stoffwechselweg zur Energiegewinnung in Zellen, wird daher auch als "Drehscheibe des Stoffwechsels" bezeichnet

  
• Atmungskette (oxidative Phosphorylierung)


  1. In den Mitochondrien findet die oxidative Phosphorylierung statt, bei der Elektronen von NADH und FADH2 auf Sauerstoff übertragen werden

  2. Dabei werden Protonen aus der Mitochondrienmatrix in den Intermembranraum gepumpt, was einen Konzentrationsgradienten erzeugt

  3. Dieser Protonengradient treibt die ATP-Synthase an, die ADP und Phosphat zu ATP umwandelt

  4. Insgesamt werden bei der Zellatmung aus einem Glukosemolekül 38 ATP-Moleküle gewonnen - 4 aus Glykolyse und Citratzyklus, 34 aus der Atmungskette
• Atmungskette


  Der letzte und energieintensivste Schritt der Zellatmung, liefert den Großteil der zellulären ATP-Produktion

  
• Gärung


  1. Unter anaeroben Bedingungen (ohne Sauerstoff) wird das bei der Glykolyse entstandene Pyruvat durch Gärung zu anderen Endprodukten umgewandelt

  2. Bei der alkoholischen Gärung (z.B. Hefe) wird Pyruvat zu Ethanol umgewandelt, wobei CO2 abgespalten wird

  3. Bei der Milchsäuregärung (z.B. Milchsäurebakterien, Muskeln) entsteht Milchsäure als Endprodukt

  
• Gärung


  Liefert mit nur 2 ATP pro Glucose deutlich weniger Energie als die Zellatmung, war aber evolutionär der erste Weg der Energiegewinnung

  
• Milchsäurestoffwechsel


  1. Milchsäure, auch bekannt als Laktat, entsteht in den Muskeln während intensiver körperlicher Aktivität

  2. Wenn die Muskeln mehr Energie benötigen, als durch Sauerstoffzufuhr bereitgestellt werden kann, wechseln sie von der aeroben zur anaeroben Energiegewinnung

  3. Dabei wird Glukose ohne Sauerstoff abgebaut, was zur Bildung von Milchsäure führt

  4. Dieser Prozess hilft, kurzfristig Energie zu liefern, kann aber auch zu Muskelermüdung und Schmerzen führen
• Reaktionsgleichung der Zellatmung
• Welche ist die Reaktionsgleichung der Fotosynthese?

  6CO2 + 6H2O --> C6H12O6 + 6C2