Glykolyse, Decarboxylierung, citratzyklus, redoxreaktion?

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2 Antworten

Moin,

"erklären"? Meinst du in allen Einzelheiten? Dann reicht hier der Platz nicht aus... Aber wenn du nur wissen willst, was das ganz allgemein ist, dann mach dich auf was gefasst... Fangen wir mal mit den einfachen chemischen Begriffen an:

Von einer Decarboxylierung spricht man, wenn ein Molekül bei einem chemischen Prozess Kohlenstoffdioxid abspaltet. Das passiert zum Beispiel beim Zerfall von Kohlensäure in Kohlenstoffdioxid und Wasser. In Lebewesen erfolgt eine Decarboxylierung oft bei Carbonsäuren, also bei Molekülen mit Carboxygruppen.

Im Zusammenhang mit der Glykolyse (siehe unten) findet eine oxidative Decarboxylierung zum Beispiel bei einem der zehn Schritte statt, wenn aus dem Pyruvat (das ist ein C3-Körper, der eine alpha-Ketocarbonsäure ist) enzymatisch CO2 abgespalten wird und so ein C2-Körper daraus wird.
Eine Redoxreaktion ist eine chemische Reaktion, bei der immer eine Oxidation eines Reaktionsteilnehmers mit einer gleichzeitig stattfindenden Reduktion eines anderen Reaktionsteilnehmers gemeinsam ablaufen. Dabei stellt die Oxidation die Teilreaktion dar, bei der ein Reaktionsteilnehmer Elektronen (formal) abgibt, während die Reduktion den Teilprozess darstellt, bei dem ein Reaktionsteilnehmer die abgegebenen Elektronen aufnimmt.
So, nachdem das geklärt ist, kommen wir zum ganzen Rest, den ich dir in seiner Gesamtheit präsentiere:
Während der Verdauung im Mund, im Magen und im Darmkanal werden die Nährstoffe in ihre Grundbausteine (Zuckerketten in Monosaccharide, Fette in Fettsäuren und Eiweiße in Aminosäuren) zerlegt. Der weitere Abbau, der schließlich zur Energiegewinnung führt, findet im Cytoplasma, bzw. in den Mitochondrien der Zellen statt. Diesen Vorgang nennt man Zellatmung. Die Zellatmung verläuft in drei Stufen: 1. der Glykolyse, 2. dem Zitronensäurezyklus (Citratzyklus) und 3. der sogenannten Endoxidation (Atmungskette).

1. Die Glykolyse
Die Glykolyse ist der schrittweise Abbau von Glucose (Traubenzucker) in Brenztraubensäure. Dieser Abbau lässt sich grob in zwei Phasen untergliedern.

In der ersten Phase wird zunächst Glucose (ein C6-Körper) unter Verbrauch von zwei Molekülen Adenosintriphosphat (ATP) aktiviert, indem jeweils ein Phosphatrest auf das Zuckermolekül übertragen wird (Glucoseaktivierung).
Der so aktivierte C6-Körper wird in zwei C3-Körper gespalten, die jeweils eine Phosphatgruppe tragen (Glucosespaltung).

In der zweiten Phase wird der einfach phosphorylierte C3-Körper mit einem weiteren Phosphatrest aus einem ATP-Molekül versehen (Phosphorylierung).
Dann werden die so aktivierten C3-Körper oxidiert (Oxidation). Als Oxidationsmittel dient Nicotinamidadenindinucleotid (NAD+), das dabei selbst zu NADH + H+ reduziert wird.
Anschließend werden die Phosphatreste wieder auf ADP-Moleküle übertragen, so dass sich die zuvor benötigten ATP-Moleküle zurückbilden (Dephosphorylierung). Hier wird also erstmals im Energiegewinnungsprozess der Zellatmung ATP gebildet, aber weil dieser ATP-bildende Prozess mit den ATP-verbrauchenden Prozessen der Glykolyse gekoppelt ist, ergibt sich bisher kein Energiegewinn.
Die nun phosphatrestfreie, aber oxidierte C3-Verbindung reagiert aber
ihrerseits unter Wasserabspaltung über Zwischenverbindungen schließlich zu Brenztraubensäure (eine alpha-Ketocarbonsäure), wobei wieder Energie frei wird (Umwandlung). Auch diese Energie wird zum Aufbau von insgesamt 2 Molekülen ATP aus 2 ADP + 2 P(i) genutzt. Hier findet also zum ersten Mal tatsächlich eine energieliefernde ATP-Bildung statt.

In der Bilanz entstehen in der Glykolyse pro mol Glucose 2 mol ATP und 2 mol
NADH + H+ (so genannte Reduktionsäquivalente).

Das Endprodukt der Glykolyse – die Brenztraubensäure – hat eine Schlüsselstellung im Kohlenhydratstoffwechsel. Unter anaeroben Bedingungen kann sie durch verschiedene Formen der Gärung zu Ethanol oder Milchsäure abgebaut werden. Unter aeroben Bedingungen geht die Brenztraubensäure dagegen in den Zitronensäurezyklus ein.

Unter Glykolyse versteht man also den oxidativen Abbau von Zuckern (meist von Traubenzucker) zu Produkten mit einem kleineren Energiegehalt (meist zu Kohlenstoffdioxid und Wasser). Die dabei frei werdende Energie (Oxidationsprozesse sind exergonisch, laufen also unter Freisetzen von Energie ab) wird genutzt, um körpereigene Energieträger wie Adenosintriphosphat (ATP) aufzubauen oder um Wärme zu produzieren. ATP kann dann in vielen Stoffwechselprozessen im Körper eingesetzt werden.
Die Glykolyse wird von ausgesprochen vielen Lebewesen genutzt (allen Tieren, Pflanzen und Pilzen, aber auch in vielen Bakterien und auch in einigen Blaualgen). Das ist evolutionsbiologisch insofern interessant, als dieser Stoffwechselweg offenbar früh "erfunden" wurde.

2. Der Zitronensäurezyklus
Im Mitochondrium spaltet sich zunächst von der Brenztraubensäure Kohlenstoffdioxid ab, so dass es zur Bildung eines C2-Körpers kommt.
Der C2-Körper wird zu Essigsäure oxidiert. Zur Oxidation wird auf ein Molekül NAD+ Wasserstoff übertragen, so dass NADH + H+ entsteht.
Die Essigsäure wird an das so genannte Coenzym A gebunden. Man spricht dann von einer aktivierten Essigsäure (auch als Acetyl-Coenzym A bzw. kurz Acetyl-CoA bezeichnet). Die aktivierte Essigsäure tritt nun in einen Kreisprozess ein, den man als Zitronensäurezyklus (bzw. Krebs-Zyklus) bezeichnet.
Dieser Zyklus sieht vereinfacht dargestellt folgendermaßen aus: Die Essigsäure wird auf einen C4-Körper übertragen. Dadurch wird das Coenzym A wieder frei und kann erneut an ein Essigsäuremolekül gebunden werden.
Aus dem C4-Körper wird ein C6-Körper, die Zitronensäure, die dem Kreisprozess ihren Namen gab.
Der C6-Körper wird abermals mit Hilfe von NAD+ unter Bildung von NADH + H+ oxidiert. Anschließend spaltet sich Kohlenstoffdioxid ab, so dass aus dem C6-Körper ein C5-Körper wird. Auch der C5-Körper wird durch NAD+ oxidiert (unter Bildung von NADH + H+).
Wieder spaltet sich Kohlenstoffdioxid ab, so dass aus dem C5-Körper ein im
Vergleich zu oben anderer C4-Körper wird. Bei diesem Prozess wird
außerdem aus Guanosindiphosphat (GDP) und einer freien Phosphatgruppe (Pi) Guanosintriphosphat (GTP). GTP ist genau wie Adenosintriphosphat (ATP) ein Energieträger. Deshalb sind beide Substanzen einander gleichwertig.
Der C4-Körper wird schließlich in den C4-Körper umgewandelt, an den am Anfang die Essigsäure gebunden wurde. Dadurch schließt sich der Kreisprozess. Bei dieser letzten Umwandlung wird noch einmal ein Molekül NAD+ zu NADH + H+. Außerdem wird ein Molekül Flavinadenindinucleotid (FAD) in seine reduzierte Form FADH2 überführt. FAD bzw. FADH2 sind gleichwertig zu NAD+ bzw. NADH + H+.

In der Bilanz entstehen aus 2 mol Brenztraubensäure (die aus 1 mol Glucose während der Glykolyse entstehen) 6 mol Kohlenstoffdioxid. Dabei entstehen außerdem 8 mol NADH + H+ (2 x 1 mol bei der Oxidation zur Essigsäure + 2 x 3 mol im Zitronensäurezyklus). Schließlich werden 2 x 1 mol GTP und 2 x 1 mol FADH2 gebildet.

3. Die Endoxidation
Im letzten Schritt der Zellatmung findet die Oxidation des an die Überträgermoleküle NAD+ bzw. FAD gebundenen Wasserstoffs statt. Dazu wird der aufgenommene Luftsauerstoff benutzt. Die Vorgänge sind kompliziert.
Vereinfacht lassen sie sich wie folgt beschreiben: NADH + H+ Moleküle geben Wasserstoff in Form von Protonen ab

NADH + H+ → NAD+ + 2 H+ + 2 e–

Die entstehenden Elektronen werden durch eine Reihe hintereinander geschalteter Enzyme, die sich an der inneren Mitochondrienmembran befinden, weitergeleitet (Elektronentransportkette). Wegen der hintereinander liegenden Enzyme bezeichnet man das Systeme auch als „Atmungskette“.
Das letzte Enzym der Atmungskette überträgt die Elektronen auf den aufgenommenen Luftsauerstoff:

½O2 + 2 e– → O2–

Die Übertragung der Elektronen von einem Enzym auf das nächste ist damit verbunden, dass die gebildeten Wasserstoff-Ionen (Protonen) über Kanalproteine aus dem Mitochondrieninnenraum durch die innere Membran in den Spalt zwischen der inneren und der äußeren Mitochondrienmembran (Intermembranraum) geschleust werden. Da die Wasserstoff-Ionen jetzt innen fehlen und sich dafür im Intermembranraum ansammeln, entsteht eine Ladungsdifferenz (Protonengradient).
Der Gradient wird dazu genutzt, ATP zu bilden. In der inneren Membran befindet sich nämlich ein zweiter Kanalproteinkomplex. Er besteht im Wesentlichen aus einem Protonen-Carrier und einer ATP-Synthetase (Enzym, das ATP aus ADP + P(i) herstellt) auf der Seite des Mitochondrieninnenraums. Der Rückstrom aller im Verlauf der Zellatmung gebildeten Protonen in den Innenraum sorgt für die Bildung von insgesamt 34 ATP-Molekülen.
Wieder im Innenraum des Mitochondriums angekommen, verbinden sich die
Wasserstoff-Ionen mit den gebildeten Oxid-Ionen zu Wasser:

2 H+ + O2– → H2O

So, das war's... Alles klar? Wenn nicht, beschimpf mich nicht, ich bin nur der Bote! Ich kann nichts dafür, dass diese Prozesse so kompliziert sind, aber vielleicht tröstet dich der Gedanke, dass in Wirklichkeit alles noch viel komplizierter ist... ;o)

LG von der Waterkant.

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Also die halbe Biochemie? Und die halbe Chemie dazu?

Klar kann das jemand, mach ein gutes Angebot!

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