Stoffwechsel, Glykolyse und Krebszyklus: Prozesse und Energie

Stoffwechsel

Reihe von Reaktionen und Energieprozessen in der Zelle, um ihren Bedarf an Material und Energie zu erfüllen. Wir unterscheiden:

• Abbau: Abbau von organischer Substanz zur Energiegewinnung
• Anabolismus: Aufbau komplexer chemischer Verbindungen aus einfacheren, unter Energieverbrauch

Glykolyse

Komplexer Prozess, der die Umwandlung von Glukose ermöglicht und einen Teil ihrer Energie extrahiert.

• Findet im Zytoplasma statt.
• Benötigt keinen Sauerstoff.
• Wird von autotrophen und heterotrophen Organismen durchgeführt.
• Besteht aus 10 Reaktionen, die jeweils von einem spezifischen Enzym katalysiert werden.
• Das Glukosemolekül wird in zwei 3-Kohlenstoff-Moleküle, die Brenztraubensäure, umgewandelt.

Phasen der Glykolyse

1. Phase: Energie wird durch 2 ATP geliefert, um Glucose und Fructose zu phosphorylieren. Am Ende dieser Phase entstehen zwei Moleküle Glycerinaldehyd-3-phosphat (3C).

2. Phase: Oxidation, die Energie liefert und die Reduktionskraft erhöht. Bei der Oxidation von Glycerinaldehyd-3-phosphat entsteht ein Molekül NADH (mit Reduktionskraft). Es entsteht auch ein ATP.

3. Phase: Brenztraubensäure wird gebildet und ein ATP entsteht.

Bilanz der Glykolyse

Ertrag: 2 ATP und 2 NADH

Verbrauch: Glukose und 2 ATP

Produkte: 2 Moleküle Brenztraubensäure, 4 ATP, 2 NADH

Glucose + 2 P_i + 2 ADP + 2 NAD⁺ -> 2 Ac.pyruvat + 2 ATP + 2 NADH + 2 H⁺ + 2 H₂O

Krebszyklus

Der Prozess ist Teil der Zellatmung und erfolgt unter aeroben Bedingungen, wobei Energie aus der Brenztraubensäure gewonnen wird.

• Kann aus Proteinen, Fettsäuren oder Kohlenhydraten stammen.
• Findet in der mitochondrialen Matrix statt.
• ATP-Moleküle werden gebildet und Reduktionsäquivalente (NADH und FADH₂) entstehen, deren Oxidation viel Energie liefert.

Erste Etappe: Oxidative Decarboxylierung von Pyruvat

Die Brenztraubensäure im Cytosol gelangt durch spezifische Transporter in die Matrix der Mitochondrien, da sie die beiden Membranen nicht direkt durchdringen kann.

Diese Reaktion wird durch einen Multienzymkomplex katalysiert, der Pyruvatdehydrogenase genannt wird.

Oxidative Decarboxylierung:

• Verlust einer Carboxylgruppe, die in CO₂ umgewandelt wird.
• Oxidation der Keton-Carboxylgruppe. Die Energie dieser Reaktion wird bei der Bildung von Acetyl-CoA freigesetzt. Es entsteht auch ein Molekül NADH.

Krebszyklus

Zyklische Reihe von Reaktionen, von denen jede durch ein spezifisches Enzym katalysiert wird, was zur vollständigen Oxidation von Acetylgruppen zu CO₂ führt.

Funktionen:

• Sammlung von Reduktionsäquivalenten: NADH und FADH₂
• Sammlung von metabolischen Vorstufen
• Gewinnung von Energie in Form von GTP