(Atmung und Gärung) Wasserstoff-Donator organotroph - DocCheck ...

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Metabolismus - Stoffwechsel

Gesamtheit aller biochemischen Prozesse

Katabolismus (Dissimilation):

Stufenweiser, meist oxidativer Abbau organischer Verbindungen

durch die Enzymsysteme der Zelle

1) zur Gewinnung von Energie

2) zur Bereitstellung von Vorstufen für Biosyntheseprozesse

Anabolismus:

Gesamtheit der aufbauenden Stoffwechselreaktionen (Biosynthesen)


Braunkohlewälder

Steinkohlewälder

Snowball Earth

≈ 21 % Sauerstoff

≈ 2 % Sauerstoff

≈ 0,2 % Sauerstoff


Fossile Stromatolithen


Stromatolithen


Erdzeitalter,

Evolution und

Aussterbe-

ereignisse


Erdgeschichte und Aussterbeereignisse


Energiequelle

phototroph: Energiequelle ist elektromagnetische Strahlung

chemotroph: Energie wird aus Reduktions-Oxidations-Reaktionen gewonnen

(Atmung und Gärung)

Wasserstoff-Donator

organotroph: organische Verbindungen als Donator

lithotroph: anorganische Wasserstoff-Donatoren

z.B. H 2 , NH 3 , H 2 S, S, CO, Fe 2+ u.a.

Kohlenstoffquelle

Ernährungstypen von Bakterien

autotroph: Fixierung von Kohlendioxid

z.B. einige phototrophe Bakt., Nitrifizierer, Schwefelbakterien, ...

heterotroph: Zellkohlenstoff wird aus organischen Verbindungen bezogen


Metabolismus

Beziehung von Katabolismus und Anabolismus


ATP – der zentrale

Energiespeicher und -überträger


Die zwei grundsätzlichen

Wege der ATP Synthese

• Substratphosphorylierung

Übertragung von Phosphat-Gruppen

von Zwischenprodukten des Abbaus

organischer Verbindungen auf ADP

unter Bildung von ATP.

Beispiel: Glykolyse


Die zwei grundsätzlichen

Wege der ATP Synthese

• Elektronentransport Phosphorylierung

Der Elektronentransport von einem Donor

mit

negativem Redoxpotential zu einem Akzeptor

mit einem positiveren Potential ist mit der

Synthese von ATP aus ADP und P i

gekoppelt.

� � Atmungskette

� � Photosynthese


Example of an enzyme-catalyzed reaction


Transfer of H atoms from

NADH to flavoproteins

NADH dehydrogenases


Glykolyse


Aktivierung von Glucose


ATP

Spaltung des

Zuckers


Key reactions of

glycolysis


Zitronensäurezyklus


The Entner-Doudoroff Pathway

An alternative pathway to

glycolysis


The Pentose-phosphate cycle


Glykolyse


Citric acid cycle

Krebs cycle


Zitronensäurezyklus


Protonentransport durch die Membran


Einfache Elektronentransportkette


Chemiosmotische Theorie


Stoffwechselwege in den Mitochondrien


Protonengradient an der inneren

Mitochondrienmembran


Protonengradient an der inneren

Mitochondrienmembran


Nutzung und Äquivalenz

verschiedener Energieformen


Bilanz von Glykolyse und TCA-Zyklus

• Bilanz der Reduktionsäquivalente:

Glykolyse 2 NADH 4H

2 x Pyruvat-Dehydrogenierung 2 NADH 4H

2 x TCA-Zyklus 6 NADH 12H

2 FADH2 4H

Gesamt: 24H

• Pro 2 Reduktionsäquivalente werden 6 H+ durch die

Membran transportiert, folglich werden durch

24H ==> 12 x 6 H + = 72 H + transportiert.

Zur Bildung von einem ATP werden 2 H+ benötigt.

24H ==> 72 H+ ==> 36 ATP

Da aus einem reduzierten FADH nur 2 ATP gebildet

werden, reduziert sich die Summe auf 34.


ATP-Bilanz


e - -Donatoren e - -Akzeptoren

C 6 H 12 O 6

CO 2

organotroph

[e - ]

ATP

O 2

H 2 O

NO 3 -

Fe III

SO 4 2-

CO 2

(CO 2 )

N 2

Fe II

S 2-

CH 3 COO -

(CH 4 )


Important fermentations


Ethanol Fermentation


Lactate Fermentation


e--Donatoren e- Gärung

-Akzeptoren

C 6 H 12 O 6

Pyruvat

[e - ]

ATP

Pyruvat

Lactat

Ethanol


Die ß-Oxidation von Fettsäuren


Reaktionsschritte der ß-Oxidation


Produkte der ß-Oxidation

FADH 2 , NADH 2

FADH 2 , NADH 2

FADH 2 , NADH 2

FADH 2 , NADH 2

FADH 2 , NADH 2


e - -Donatoren e - -Akzeptoren

Fettsäure

CO 2

organotroph

[e - ]

ATP

O 2

H 2 O

NO 3 -

Fe III

SO 4 2-

N 2

Fe II

S 2-


Catabolic

pathways


Anabolic

reactions –

Biosynthetic

pathways deriving

from the primary

metabolism


Photosynthese

• Photo-litho-autotrophe Organismen

� alle Pflanzen?


Photosynthese

Nicht alle Pflanzen betreiben Photosynthese:

Orobanche (Sommerwurz), ein wichtiger

Parasit an Nutzpflanzen


Photosynthese – nicht-

Photosynthese-treibende Pflanzen

Die Schuppenwurz, ein Parasit von

Waldbäumen


Photo-

synthese


Physiologische

Wirksamkeit der

verschiedenen

spektralen Anteile des

sichtbaren Lichts


Schema des Grundtyps der Photosynthese


Licht- und Dunkelreaktion der Photosynthese in den Chloroplasten


Lichtreaktion der Photosynthese


Aufbau und Nutzung des Protonengradienten an der

Thylakoidmembran


Vergleich der ATP-

Gewinnung bei

Mitochondrien und

Chloroplasten


Photosynthese und Lichtintensität


Sonnen- und Schattenpflanzen


Blattaufbau bei C 3 - und C 4 -Pflanzen


CO 2 -Bindung in C 4 -Pflanzen


CO 2 -Fixierung in C 4 -Pflanzen


Vergleich von C 4- und CAM-Pflanzen


Effizienz der Photosynthese


Der Calvin-Cyclus

• Dient der Fixierung von CO 2 und damit der Bildung von

organischen Verbindungen.

• Schlüsselenzym: Ribulosebisphosphat-Carboxylase

• Bilanz:

6 CO 2 + 18 ATP + 12 NAD(P)H 2 �

Fructose-6-P + 18 ADP + 12 NAD(P) + 17 P i

• Vorkommen

Algen, höhere Pflanzen, Cyanobakterien,

chemolithotrophe Bakterien, anoxygene phototrophe

Bakterien


Major reactions

of the Calvin

cycle

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