DISSIMILATION
2 Zellatmung Anabolismus = Prozess, Anwendung von Energie, um
komplexe Moleküle zu synthetisieren
Katabolismus = Abbau von Stoffwechselprodukten von
2.1 Bau der Kohlenhydrate komplexen zu einfachen Molekülen, wodurch Energie
gewonnen wird
• als Form einfacher Kohlenhydrate = Zucker
• als Form komplexer Kohlenhydrate = bei Brennung mit Endung „-ose“ (Glucose, Fructose)
Monosaccharide
• einfachster Zucker
• linear- oder ringförmig angeordnete Kohlenstoff-Atome, die mit einem Wasserstoff-Atom und
jeweils einer Hydroxy-Gruppe verbunden sind
• insgesamt. 3-7 Kohlenstoff-Atome
Disaccharide
• Entstehung aus zwei Monosacchariden durch Kondensation (Anabolismus)
—> Verknüpfung durch glykosidische Bindung
Polysaccharide
• langkettige Polymere aus vielen Monosacchariden
• Glykogen: Hauptreserve-Kohlenhydrat von Prokaryoten, Pilzen und Tieren besteht aus bis zu 100.000 Glucose-Molekülen
2.2 Energieumsatz des Menschen
• Mensch gewinnt Energie aus den aufgenommenen Nährstoffen
• Grundbausteine der Nährstoffe in den Zellen abgebaut —> freigesetzte Energie für Vorgänge genutzt, Wärme als
Nebenprodukt frei
• Grundumsatz = Energie, die ein Mensch in völliger Ruhe umsetzt
—> Energieumsatz von 24h einer nüchternen Person bei völliger Ruhe und Umgebungstemperatur, wo man nicht schwitzt/ friert
Einflussfaktoren des Grundumsatzes:
• Körpervolumen (je mehr, desto mehr Zellen, desto mehr Energie
• Aufrechterhaltung Körpertemperatur abhängig vom Verhältnis Körpervolumen (Produktion/Speicherung Wärme) / Oberfläche
(Abgabe Wärme)
• Geschlecht (Männer mehr Muskelmassen (verbraucht mehr Energie auch im Ruhezustand) / weniger Körperfettanteil als
Frauen)
• Alter (bis 30 steigt der Grundumsatz, ab 30 sinkt er (Muskelmassen wird abgebaut, Fettanteil steigt, Stoffwechselprozesse
verlangsamen sich)
Arbeitsumsatz und Gesamtumsatz
• Arbeitsumsatz/ Leistungsumsatz = der über den Grundumsatz hinausgehende Energieumsatz (bei körperlicher Aktivität)
• Gesamtumsatz = Arbeitsumsatz + Grundumsatz, gesamter Energiebedarf pro Tag eines Organismus
Bestimmung des Energieumsatzes
• direkte Kalorimetrie: Errechnet aus der abgegebenen Wärmemenge
• indirekte Kalorimetrie: Errechnet aus dem Gaswechsel eines Menschen
—> Abbau Nährstoffe durch Sauerstoff zu Wasser und Kohlenstoffdioxid
—> Reaktionsschema Abbau Glucose:
CHn20g +
602 6202 +
SH20 ;
—> Oxidation 1mol Glucose benötigt 6mol Sauerstoff G =
-
28 .
602k]/mol
—> Herausfinden ob Mensch über Glucoseabbau oder Fettsäuren Energie gewinnt: Bestimmung der O2- und CO2-Konzentration
beim Einatmen/Ausatmen
—> Verhältnis der abgegebenen CO2-Menge und aufgenommenen O2-Menge = respiratorischer Quotient (RQ)
bei RQ Glucose= 6 Mol CO Mol O2 = 1,0
—> kalorisches Äquivalent = wie viel Energie pro Liter Sauerstoff bei der Umsetzung frei wird
• Menschen, die nur über Glucose, andere Kohlenhydrate Energie gewinnen: RQ=1,0, kalorisches Ä. = 21,2 KJ/l O2
• bei reiner Fettverbrennung: RQ = 0,71, kalorisches Ä. = 19,65 KJ/l O2
• je nach Zusammensetzung der Nahrung bei Menschen: RQ = 0,71-1,0, kalorisches Ä. = 21 KJ/l 2 (je höher, desto besser)
• Energieumsatz Q berechenbar mit der Formel:
Q(k]/h) VOz = (1/h) ·
21(k]/1)
, 2.3 Energieformen
• ursprünglich aus der Lichtenergie der Sonne —> Umwandlung zu chemischer Energie bei Fotosynthese —> Aufbau von Glucose
und anderen Biomolekülen
• Energie auch in Form von Lage- (Form von Konzentrations-/ Ladungsgefälle) und Bewegungsenergie (Muskelkontraktion)
• Energie nicht erzeugt/ vernichtet, nur in andere Form umgewandelt
Energieentwertung
• Energie wird in Form von Wärme entwertet, da sie für weitere Energieumwandlungen nicht genutzt werden kann
—> bei jeder Energieumwandlung durch zufällige thermische Bewegungen von Teilchen
• auch in Zellen: bei Abbau von Glucose (wo Energie gespeichert ist) nur 40% der Energiemenge für die Zellen verfügbar
Freie Energie G
• Freie Energie (G) = Energie, die genutzt werden kann, um Arbeit zu leisten
• Änderung der freien Energie = Differenz von G ( G)
• exergonische Reaktion = Reaktion nur dann spontan, wenn freie Energie abnimmt, also G negativ ist
• endergonische Reaktion = wenn von Außen Energie zugeführt wird, freie Energie zunimmt, also G positiv ist
Chemisches Gleichgewicht
• im Verlauf einer chemischen Reaktion stellt sich nach einer bestimmten Zeit ein Gleichgewicht ein, bei dem Ausgangsstoffe und
Endstoffe in einem bestimmten Mengenverhältnis vorliegen
• freie Energie verändert sich nicht, G = 0
• Energie wird nur frei bei G ≠ 0
Offene und geschlossene Systeme
• geschlossenes System = kein Stoffaustausch, aber Energieaustausch mit der Umgebung, Gleichgewichtszustand stellt sich
relativ schnell ein (z.B. Reagenzglas mit Stopfen)
• offene Systeme = Stoff- und Energieaustausch mit der Umgebung, in Zelle pro Zeiteinheit ca. gleiche Mengen an Stoffen/
Energien aufgenommen/abgegeben (z.B. Lebewesen, Zellen, biologische Systeme)
Fließgleichgewicht
• komplexe chemische Umwandlungen in Zellen in einer Reihe von Teilreaktionen = Reaktionskette
• entstehenden Zwischenprodukte kontinuierlich weiterverarbeitet —> Konzentration dadurch unverändert = Vorliegen eines
Fließgleichgewichts
• chemisches Gleichgewicht der einzelnen Teilreaktionen kann sich nicht einstellen
• Gleichgewicht wird angestrebt —> ständige Freisetzung von Energie, Verrichten von Arbeit
2.4 Energieübertragung durch ATP
• im Stoffwechsel eine Zelle: andauernd energieverbrauchende, endergonische Reaktionen
• notwendige Energie kann bereitgestellt werden durch Abbau energiereicher Moleküle wie Kohlenhydrate mithilfe von Sauerstoff
bereitgestellt —> über viele Zwischenschritte + viel Zeit benötigt
• Zellen besitzen mit Coenzym ATP einen kurzfristigen verfügbaren Energiespeicher (kein langfristiger, da regulatorische
Funktionen)
• Exergonische und endergonische Reaktionen sind miteinander gekoppelt über ATP
• bei exergonischen Reaktionen freigesetzte Energie wird genutzt, um eine Phosphatgruppe (P) an ein ADP-Molekül zu binden,
wodurch ein ATP-Molekül entsteht
• Spaltung eines ATP-Moleküls —> Phosphatgruppe auf andere Moleküle übertragen (Phosphorylierung) —> aktiviert betroffene
Moleküle (reaktionsbereiter), also Energieübertragung
• Energiebilanz der exergonischen Gesamtreaktion = Glucose + ATP —> Glucose-6-phosphat + ADP (Energiebilanz -16,8kJ/mol)
ATP >
-
ADP + R
ADP P ATP
6k]/mol
+ -
AG =
-
30
,
AG = + 30 , 6k]/mo
2 Zellatmung Anabolismus = Prozess, Anwendung von Energie, um
komplexe Moleküle zu synthetisieren
Katabolismus = Abbau von Stoffwechselprodukten von
2.1 Bau der Kohlenhydrate komplexen zu einfachen Molekülen, wodurch Energie
gewonnen wird
• als Form einfacher Kohlenhydrate = Zucker
• als Form komplexer Kohlenhydrate = bei Brennung mit Endung „-ose“ (Glucose, Fructose)
Monosaccharide
• einfachster Zucker
• linear- oder ringförmig angeordnete Kohlenstoff-Atome, die mit einem Wasserstoff-Atom und
jeweils einer Hydroxy-Gruppe verbunden sind
• insgesamt. 3-7 Kohlenstoff-Atome
Disaccharide
• Entstehung aus zwei Monosacchariden durch Kondensation (Anabolismus)
—> Verknüpfung durch glykosidische Bindung
Polysaccharide
• langkettige Polymere aus vielen Monosacchariden
• Glykogen: Hauptreserve-Kohlenhydrat von Prokaryoten, Pilzen und Tieren besteht aus bis zu 100.000 Glucose-Molekülen
2.2 Energieumsatz des Menschen
• Mensch gewinnt Energie aus den aufgenommenen Nährstoffen
• Grundbausteine der Nährstoffe in den Zellen abgebaut —> freigesetzte Energie für Vorgänge genutzt, Wärme als
Nebenprodukt frei
• Grundumsatz = Energie, die ein Mensch in völliger Ruhe umsetzt
—> Energieumsatz von 24h einer nüchternen Person bei völliger Ruhe und Umgebungstemperatur, wo man nicht schwitzt/ friert
Einflussfaktoren des Grundumsatzes:
• Körpervolumen (je mehr, desto mehr Zellen, desto mehr Energie
• Aufrechterhaltung Körpertemperatur abhängig vom Verhältnis Körpervolumen (Produktion/Speicherung Wärme) / Oberfläche
(Abgabe Wärme)
• Geschlecht (Männer mehr Muskelmassen (verbraucht mehr Energie auch im Ruhezustand) / weniger Körperfettanteil als
Frauen)
• Alter (bis 30 steigt der Grundumsatz, ab 30 sinkt er (Muskelmassen wird abgebaut, Fettanteil steigt, Stoffwechselprozesse
verlangsamen sich)
Arbeitsumsatz und Gesamtumsatz
• Arbeitsumsatz/ Leistungsumsatz = der über den Grundumsatz hinausgehende Energieumsatz (bei körperlicher Aktivität)
• Gesamtumsatz = Arbeitsumsatz + Grundumsatz, gesamter Energiebedarf pro Tag eines Organismus
Bestimmung des Energieumsatzes
• direkte Kalorimetrie: Errechnet aus der abgegebenen Wärmemenge
• indirekte Kalorimetrie: Errechnet aus dem Gaswechsel eines Menschen
—> Abbau Nährstoffe durch Sauerstoff zu Wasser und Kohlenstoffdioxid
—> Reaktionsschema Abbau Glucose:
CHn20g +
602 6202 +
SH20 ;
—> Oxidation 1mol Glucose benötigt 6mol Sauerstoff G =
-
28 .
602k]/mol
—> Herausfinden ob Mensch über Glucoseabbau oder Fettsäuren Energie gewinnt: Bestimmung der O2- und CO2-Konzentration
beim Einatmen/Ausatmen
—> Verhältnis der abgegebenen CO2-Menge und aufgenommenen O2-Menge = respiratorischer Quotient (RQ)
bei RQ Glucose= 6 Mol CO Mol O2 = 1,0
—> kalorisches Äquivalent = wie viel Energie pro Liter Sauerstoff bei der Umsetzung frei wird
• Menschen, die nur über Glucose, andere Kohlenhydrate Energie gewinnen: RQ=1,0, kalorisches Ä. = 21,2 KJ/l O2
• bei reiner Fettverbrennung: RQ = 0,71, kalorisches Ä. = 19,65 KJ/l O2
• je nach Zusammensetzung der Nahrung bei Menschen: RQ = 0,71-1,0, kalorisches Ä. = 21 KJ/l 2 (je höher, desto besser)
• Energieumsatz Q berechenbar mit der Formel:
Q(k]/h) VOz = (1/h) ·
21(k]/1)
, 2.3 Energieformen
• ursprünglich aus der Lichtenergie der Sonne —> Umwandlung zu chemischer Energie bei Fotosynthese —> Aufbau von Glucose
und anderen Biomolekülen
• Energie auch in Form von Lage- (Form von Konzentrations-/ Ladungsgefälle) und Bewegungsenergie (Muskelkontraktion)
• Energie nicht erzeugt/ vernichtet, nur in andere Form umgewandelt
Energieentwertung
• Energie wird in Form von Wärme entwertet, da sie für weitere Energieumwandlungen nicht genutzt werden kann
—> bei jeder Energieumwandlung durch zufällige thermische Bewegungen von Teilchen
• auch in Zellen: bei Abbau von Glucose (wo Energie gespeichert ist) nur 40% der Energiemenge für die Zellen verfügbar
Freie Energie G
• Freie Energie (G) = Energie, die genutzt werden kann, um Arbeit zu leisten
• Änderung der freien Energie = Differenz von G ( G)
• exergonische Reaktion = Reaktion nur dann spontan, wenn freie Energie abnimmt, also G negativ ist
• endergonische Reaktion = wenn von Außen Energie zugeführt wird, freie Energie zunimmt, also G positiv ist
Chemisches Gleichgewicht
• im Verlauf einer chemischen Reaktion stellt sich nach einer bestimmten Zeit ein Gleichgewicht ein, bei dem Ausgangsstoffe und
Endstoffe in einem bestimmten Mengenverhältnis vorliegen
• freie Energie verändert sich nicht, G = 0
• Energie wird nur frei bei G ≠ 0
Offene und geschlossene Systeme
• geschlossenes System = kein Stoffaustausch, aber Energieaustausch mit der Umgebung, Gleichgewichtszustand stellt sich
relativ schnell ein (z.B. Reagenzglas mit Stopfen)
• offene Systeme = Stoff- und Energieaustausch mit der Umgebung, in Zelle pro Zeiteinheit ca. gleiche Mengen an Stoffen/
Energien aufgenommen/abgegeben (z.B. Lebewesen, Zellen, biologische Systeme)
Fließgleichgewicht
• komplexe chemische Umwandlungen in Zellen in einer Reihe von Teilreaktionen = Reaktionskette
• entstehenden Zwischenprodukte kontinuierlich weiterverarbeitet —> Konzentration dadurch unverändert = Vorliegen eines
Fließgleichgewichts
• chemisches Gleichgewicht der einzelnen Teilreaktionen kann sich nicht einstellen
• Gleichgewicht wird angestrebt —> ständige Freisetzung von Energie, Verrichten von Arbeit
2.4 Energieübertragung durch ATP
• im Stoffwechsel eine Zelle: andauernd energieverbrauchende, endergonische Reaktionen
• notwendige Energie kann bereitgestellt werden durch Abbau energiereicher Moleküle wie Kohlenhydrate mithilfe von Sauerstoff
bereitgestellt —> über viele Zwischenschritte + viel Zeit benötigt
• Zellen besitzen mit Coenzym ATP einen kurzfristigen verfügbaren Energiespeicher (kein langfristiger, da regulatorische
Funktionen)
• Exergonische und endergonische Reaktionen sind miteinander gekoppelt über ATP
• bei exergonischen Reaktionen freigesetzte Energie wird genutzt, um eine Phosphatgruppe (P) an ein ADP-Molekül zu binden,
wodurch ein ATP-Molekül entsteht
• Spaltung eines ATP-Moleküls —> Phosphatgruppe auf andere Moleküle übertragen (Phosphorylierung) —> aktiviert betroffene
Moleküle (reaktionsbereiter), also Energieübertragung
• Energiebilanz der exergonischen Gesamtreaktion = Glucose + ATP —> Glucose-6-phosphat + ADP (Energiebilanz -16,8kJ/mol)
ATP >
-
ADP + R
ADP P ATP
6k]/mol
+ -
AG =
-
30
,
AG = + 30 , 6k]/mo
