Was ist der Unterschied zwischen Anabolismus und Katabolismus?

Anabolismus sind aufbauende Stoffwechselreaktionen, die unter Energieaufwand komplexe Moleküle synthetisieren. Katabolismus sind abbauende Reaktionen, bei denen komplexe Moleküle zerlegt und Energie freigesetzt wird.

Wie viel ATP entsteht bei der vollständigen Zellatmung?

Bei der vollständigen Zellatmung eines Glukosemoleküls werden insgesamt ca. 36 ATP gewonnen.

Was ist der Unterschied zwischen Milchsäuregärung und alkoholischer Gärung?

Bei der alkoholischen Gärung wird CO2 freigesetzt, bei der Milchsäuregärung nicht. Beim Brotbacken findet die alkoholische Gärung durch Hefe statt.

Zellstoffwechsel: Photosynthese, Zellatmung und Gärung im Überblick

Zusammenfassung

Der Text erklärt die Grundlagen des Zellstoffwechsels, also Anabolismus und Katabolismus sowie autotrophe und heterotrophe Ernährung. Er behandelt die wichtigen Energieträger ATP und FAD sowie die Photosynthese mit Licht- und Dunkelreaktion. Außerdem werden Zellatmung, Glykolyse, Krebs-Zyklus, Atmungskette und Gärung beschrieben.

Kernpunkte

Stoffwechsel umfasst alle chemischen Reaktionen in einer Zelle; Anabolismus baut Moleküle auf, Katabolismus baut sie ab.
ATP ist der universelle Energieträger der Zelle und unterscheidet sich von ADP durch eine Phosphatgruppe.
Photosynthese: Aus anorganischen Stoffen entstehen mit Lichtenergie organische Verbindungen; dabei wird bei der Wasserspaltung Sauerstoff freigesetzt.
Die vollständige Zellatmung eines Glukosemoleküls liefert ca. 36 ATP; die Glykolyse selbst bringt einen Nettogewinn von 2 ATP.
Die Gärung dient vor allem der Regeneration von NAD+, damit die Glykolyse weiterlaufen kann.

Stellen Sie sich auf die Probe

Grundlagen des Zellstoffwechsels

Anabolismus und Katabolismus

Stoffwechsel (Metabolismus): Die Gesamtheit aller chemischen Reaktionen, die in einer Zelle stattfinden.

Anabolismus: Die Gesamtheit der aufbauenden Stoffwechselreaktionen in einer Zelle, bei denen unter Energieaufwand aus einfachen Bausteinen komplexe Moleküle synthetisiert werden.

Katabolismus: Die Gesamtheit der abbauenden Stoffwechselreaktionen, bei denen komplexe Moleküle zerlegt werden, um Energie freizusetzen. Wenn Glukose (C₆H₁₂O₆) in den Zellen mit Sauerstoff (O₂) zu Kohlendioxid (CO₂) und Wasser (H₂O) reagiert und dabei Energie freigesetzt wird, handelt es sich um einen katabolen Prozess.

Autotrophe und Heterotrophe Organismen

Autotrophe Organismen gewinnen Energie aus Licht (photoautotroph) oder chemischen Reaktionen (chemoautotroph) und nutzen anorganische Stoffe als Baumaterial. Chemosynthetische Bakterien sind ein Beispiel für chemoautotrophe Organismen.

Heterotrophe Organismen (z. B. Tiere) gewinnen ihre Energie und Baustoffe durch den Abbau von organischen Stoffen, die sie mit der Nahrung aufnehmen.

Wichtige Moleküle des Stoffwechsels

ATP (Adenosintriphosphat): Ein Coenzym, das als universeller Energieträger in Zellen fungiert. ATP wird genutzt, um Energie für endergonische (energiebenötigende) Reaktionen bereitzustellen. Es unterscheidet sich von ADP (Adenosindiphosphat) dadurch, dass ADP eine Phosphatgruppe weniger besitzt.

FAD (Flavin-Adenin-Dinukleotid): Ein Coenzym, das am Elektronentransport beteiligt ist.

Photosynthese: Energie aus Licht

Das Ziel der Photosynthese ist die Herstellung organischer Verbindungen aus anorganischen Stoffen mithilfe von Lichtenergie. Die meisten Pflanzen nehmen zusätzlich Stickstoff (N) in Form von Nitraten und anderen anorganischen Stickstoffverbindungen aus dem Boden auf.

Licht- und Dunkelreaktion

Bei der Photosynthese finden sowohl die Lichtreaktion (bei der ATP und NADPH + H⁺ gewonnen werden) als auch die Dunkelreaktion tagsüber in den Chloroplasten der Pflanze statt.

Die Elektronen, die in der Lichtreaktion zur Reduktion von NADP⁺ dienen, stammen aus der Spaltung von Wasser. Dabei wird auch Sauerstoff freigesetzt.
Der Elektronentransport während der Lichtreaktion erzeugt einen Protonengradienten im Inneren der Thylakoide, der zur ATP-Synthese genutzt wird.
Bei der zyklischen Photophosphorylierung wird nur ATP gebildet.
Bei der azyklischen Photophosphorylierung entstehen sowohl ATP als auch NADPH. Die Elektronen werden durch das Chlorophyll von Photosystem II angeregt und später zur Synthese von Glukose verwendet.

Zellatmung: Energiegewinnung aus Glukose

Das Ziel der Zellatmung ist die Gewinnung von Energie, die in organischen Stoffen wie Glukose gespeichert ist. Die Gesamtgleichung lautet: C₆H₁₂O₆ + 6O₂ → 6CO₂ + 6H₂O. Sie findet bei Tieren und Pflanzen statt, wobei ein Teil im Zytoplasma (Hyaloplasma) und der Rest in den Mitochondrien abläuft. Insgesamt werden bei der vollständigen Zellatmung eines Glukosemoleküls ca. 36 ATP gewonnen.

Glykolyse: Der erste Schritt

Die Glykolyse ist der erste Schritt des Glukoseabbaus. Das Endprodukt ist Pyruvat.

Sauerstoff (O₂) wird nicht benötigt.
Ermöglicht Zellen die Energiegewinnung unter anaeroben (sauerstofffreien) Bedingungen.
Findet im Zytoplasma (Hyaloplasma) von eukaryotischen Zellen statt.
Der Nettogewinn beträgt 2 ATP-Moleküle pro Glukosemolekül.
Die bei der Glykolyse freigesetzten Elektronen werden zur Reduktion von NAD⁺ zu NADH genutzt.

Krebs-Zyklus und Atmungskette

Der vollständige Abbau von Glukose zu CO₂ findet nur statt, wenn die Zelle über Sauerstoff verfügt. Das CO₂ entsteht dabei im Krebs-Zyklus.

Die meiste Energie, die in der Glukose gespeichert ist, wird in der Atmungskette freigesetzt.
Die in der Atmungskette freigesetzte Energie wird zur Synthese von ATP genutzt.
In der Atmungskette werden Elektronen von NADH oder FADH₂ auf Sauerstoff übertragen.

Gärung: Energiegewinnung ohne Sauerstoff

Der Hauptzweck der Gärung ist die Regeneration von NAD⁺, damit die Glykolyse weiterlaufen kann. Bei der Gärung werden pro Glukosemolekül nur die 2 ATP aus der Glykolyse gewonnen.

Der Unterschied zwischen der Milchsäuregärung und der alkoholischen Gärung besteht darin, dass bei der alkoholischen Gärung CO₂ freigesetzt wird, bei der Milchsäuregärung hingegen nicht.
Beim Backen von Brot findet die alkoholische Gärung durch Hefe statt.
In den Muskelzellen wird bei Sauerstoffmangel durch Milchsäuregärung Milchsäure produziert.