Prozesse zur ATP-Gewinnung

Stoffwechsel

Das Kapitel Prozesse zur ATP-Gewinnung in unserem Online-Kurs Stoffwechsel besteht aus folgenden Inhalten:

1. Prozesse zur ATP-Gewinnung

   Prozesse zur ATP-Gewinnung

   

   ATP (Adenosintriphosphat) ist die Energiewährung des Körpers und das universelle Energieübertragungssystem aller Lebewesen. Alle aufgenommenen Nahrungsstoffe müssen in ATP „umgetauscht“ werden, um überall in der Zelle als Energiespender eingesetzt werden zu können.Werden Phosphatreste von ATP auf andere Verbindungen übertragen, hilft die energiereiche Bindung des ATP, neue Bindungen auszubilden oder zu spalten. ATP kann auf diese Art und Weise in den ...

2. Enzymatik - Grundlage: Proteinwissen generell

   Prozesse zur ATP-Gewinnung > Enzymatik - Grundlage: Proteinwissen generell

   

   Die Enzymatik umfasst alle Informationen rund um die Biokatalysatoren Enzyme, darunter Aktivierungsenergie und Ablauf der enzymatischen Reaktion. Ohne Enzyme kein Leben, ohne Enzyme keine chemische Reaktion im Körper.Um die Enzymatik begreifen zu können, ist es wichtig, zum Einstieg Proteine noch einmal ganz generell zu betrachten!Proteine – Funktionsträger in der ZelleProteine sind in der Regel diejenigen Biomoleküle, die Funktionen in der Zelle erfüllen. Beispiele ...

3. Aufbau von Proteinen

   Prozesse zur ATP-Gewinnung > Enzymatik - Grundlage: Proteinwissen generell > Aufbau von Proteinen

   

   Ablauf der Proteinfaltung -> von Primär- zu Quartärstruktur.Primärstruktur der ProteineIm Ribosom werden die auf der mRNA codierten Aminosäuren aneinandergeheftet. Über Peptidbindungen entsteht eine lange Kette. Bei einer Kette aus weniger als 100 Aminosäuren spricht man von Peptid, alle Ketten >100 Aminosäuren werden als Protein bezeichnet.Die Auffaltung dieser im Ribosom entstehenden linearen Aminosäurekette ...

4. Eigenschaften der Enzyme

   Prozesse zur ATP-Gewinnung > Enzymatik - Grundlage: Proteinwissen generell > Eigenschaften der Enzyme

   

   Enzyme sind Biokatalysatoren. Wie die in der Chemie eingesetzten Katalysatoren sind sie in der Lage, die Aktivierungsenergie herabzusetzen und so die Reaktionsgeschwindigkeit zu erhöhen. Ein Katalysator geht immer unverändert aus der durchgeführten Reaktion hervor.Meist sind Enzyme Proteine, es gibt aber auch sogenannte Ribozyme (Enzyme aus RNA-Material -> Entstehung des Lebens).Das Video wird geladen...(enzyme-1)Enzymreaktionen finden im aktiven Zentrum stattDie eigentliche Reaktion ...

5. Schlüssel-Schloss-Prinzip

   Prozesse zur ATP-Gewinnung > Enzymatik - Grundlage: Proteinwissen generell > Eigenschaften der Enzyme > Schlüssel-Schloss-Prinzip

   

   Enzyme sind reaktions- und substratspezifisch.Enzyme sind in der Regel spezifisch für ein Substrat und eine Reaktion. Das heißt, ein Enzym katalysiert die Umsetzung eines Edukts (= Substrats) in ein Produkt nach immer dem gleichen Reaktionsmechanismus.Reaktionsspezifität (Schlüssel-Schloss-Prinzip; induced fit)Um die Vorgänge im aktiven Zentrum besser zu verstehen, kann zunächst das Bild eines Schlüssels im Schloss herangezogen werden. Der Schlüssel passt ...

6. Ablauf der Enzymreaktion

   Prozesse zur ATP-Gewinnung > Enzymatik - Grundlage: Proteinwissen generell > Ablauf der Enzymreaktion

   

   Basiskonzept: Struktur & FunktionEine Enzymreaktion wird nach folgendem Schema beschrieben:E + S    ->   [ES]    ->      E + P                        E = Enzym, S = Substrat, P = ProduktEnzym und Substrat binden aneinander. Dabei wird ein Komplex aus Enzym und Substrat gebildet (Enzym-Substrat-Komplex [ES]).Der für ...

7. Möglichkeiten der Enzymbeeinflussung

   Prozesse zur ATP-Gewinnung > Enzymatik - Grundlage: Proteinwissen generell > Möglichkeiten der Enzymbeeinflussung

   

   Was passiert, wenn die Substratkonzentration bei einer Enzymreaktion erhöht wird? Eine Antwort darauf liefert die Michaelis-Menten-Kinetik:Reaktionsgeschwindigkeit nimmt zuDies geschieht so lange, bis alle vorhandenen Enzymmoleküle aktiv sindMerkhilfe „Supermarktkassen"Dann ist die maximale Geschwindigkeit der Reaktion erreicht (vmax)Abhängigkeit der Reaktionsgeschwindigkeit einer Enzymreaktion von der Konzentration des umzusetzenden Substrats.Die Substratkonzentration, ...

8. Biokatalysatoren: Einfluss von Temperatur, pH, Salzkonzentration

   Prozesse zur ATP-Gewinnung > Enzymatik - Grundlage: Proteinwissen generell > Möglichkeiten der Enzymbeeinflussung > Biokatalysatoren: Einfluss von Temperatur, pH, Salzkonzentration

   

   Wird im Verlauf einer Reaktion die Temperatur erhöht, so steigt auch die Reaktionsgeschwindigkeit. Eine Faustregel besagt: Wird die Temperatur um 10 °C erhöht, dann verdoppelt sich die Reaktionsgeschwindigkeit (RGT-Regel = Reaktions-Geschwindigkeits-Temperatur-Regel).In biologischen Systemen ist dies nur bedingt richtig. Biomoleküle degenerieren ab einer bestimmten Temperatur, die für den jeweiligen Organismus ganz spezifisch ist. Daher hat jedes Enzym ein spezifisches ...

9. kompetetive Hemmung

   Prozesse zur ATP-Gewinnung > Enzymatik - Grundlage: Proteinwissen generell > Möglichkeiten der Enzymbeeinflussung > kompetetive Hemmung

   

   Das optimale Zusammenspiel von Enzym und Substrat ermöglicht eine schnellstmögliche Umsetzung des Substrats.Liegt die maximale Substratkonzentration vor (Sättigungsbereich der Michaelis-Menten-Kinetik), kann die Wechselzahl bestimmt werden. Die Wechselzahl beschreibt die Anzahl Substratmoleküle, die pro Zeiteinheit umgesetzt werden.Michaelis-Menten-KinetikDas Enzym Carboanhydrase kann 600.000 Substrate pro Sekunde umsetzten, Lysozym hingegen nur 30 Substratmoleküle pro Minute. ...

10. nicht kompetitive Hemmung

    Prozesse zur ATP-Gewinnung > Enzymatik - Grundlage: Proteinwissen generell > Möglichkeiten der Enzymbeeinflussung > nicht kompetitive Hemmung

    

    Die nichtkompetitive Inhibitorbindung erfolgt weniger spezifisch, verändert aber die Raumstruktur des aktiven Zentrums! Das eigentliche Substrat kann nicht so gut gebunden werden.Inhibitoren sind oft Schwermetalle (Hg2+, Pb2+)Nichtkompetitive Inhibition kann sehr gut zur Regulation von Stoffwechselwegen eingesetzt werden, z.B. bei der Synthese des Isoleucins. Das Endprodukt Isoleucin hemmt das erste Enzym des Stoffwechselweges. Die Isoleucinproduktion wird damit „heruntergefahren”.Nichtkompetitive ...

11. allosterische Wechselwirkung

    Prozesse zur ATP-Gewinnung > Enzymatik - Grundlage: Proteinwissen generell > Möglichkeiten der Enzymbeeinflussung > allosterische Wechselwirkung

    

    Enzyme können durch Veränderungen in ihrer Aktivität beeinflusst werden. Die Hauptmodifikation ist dabei die Phosphorylierung des Enzyms. Das heißt, das Enzym wird durch das Anhängen einer Phosphatgruppe an einer bestimmten Bindestelle aktiviert (oder deaktiviert).Derartige Enzymmodifikationen finden sich oft bei Schlüsselenzymen des Stoffwechsels. Sie werden durch Anhängen eines Phosphatrestes in den enzymatisch aktiven Zustand versetzt. So können beispielsweise ...

12. Schwermetalle und Enzymaktivität

    Prozesse zur ATP-Gewinnung > Enzymatik - Grundlage: Proteinwissen generell > Möglichkeiten der Enzymbeeinflussung > allosterische Wechselwirkung > Schwermetalle und Enzymaktivität

    

    Schwermetalle kennen Sie aus dem Alltag, z.B. aus ihrer Verwendung in der Farbenherstellung (Titanweiß, Blei in Rot, Cadmium in Organe usw.); ggf. kennen Sie die schönen bunten Salze aus dem Chemieunterricht (Chrom- oder Nickelsalze).Schwermetalle sind giftig.Schwermetalle sind giftig. Eine Schwermetallvergiftung führt in der Regel zu einer Degeneration des Nervensystems. Schwermetalle werden über die Nahrung aufgenommen und in Knochen, Zähnen und im Gehirn gespeichert. ...

13. Einfluss von Hitze auf Enzyme - Ein Experiment

    Prozesse zur ATP-Gewinnung > Enzymatik - Grundlage: Proteinwissen generell > Einfluss von Hitze auf Enzyme - Ein Experiment

    

    Ihr Versuchsansatz soll den Einfluss des abiotischen Faktors Hitze auf ein Enzym untersuchen. Aus dem Unterricht kennen Sie Enzyme. Viele sind bei Raumtemperatur nur kurz lebensfähig, trotzdem können einfache, aber einprägsame „Enzymexperimente" durchgeführt werden. Die in Kartoffeln enthaltene Katalase kann gut untersucht werden.Versuchsfrage: Welchen Einfluss hat Hitze auf das Enzym Katalase?Operationalisierung der Frage (entworfene Versuchsanleitung): Versuchsanleitung:Die ...

14. Beispiele für Enzymreaktionen - Urease

    Prozesse zur ATP-Gewinnung > Enzymatik - Grundlage: Proteinwissen generell > Einfluss von Hitze auf Enzyme - Ein Experiment > Beispiele für Enzymreaktionen - Urease

    

    Enzymreaktionen sind vielfältig. Auf den kommenden Seiten haben wir einige klassische Enzymexperimente und -reaktionen zusammengetragen.Anhand des Beispiels „Urease Experiment" sollen die Wirkung, und Regulation eines Enzyms verdeutlicht werden.Bereits 1926 konnte Urease als erstes Enzym in Form eines Proteinkristalls erzeugt werden. Dieses erste kristallisierte Enzym ist gleichzeitig ein sehr großes Enzym mit einer Molmasse von 545.000 g/mol! Es besteht aus sechs identischen ...

15. Beispiele für Enzymreaktionen - Katalase

    Prozesse zur ATP-Gewinnung > Enzymatik - Grundlage: Proteinwissen generell > Einfluss von Hitze auf Enzyme - Ein Experiment > Beispiele für Enzymreaktionen - Katalase

    

    Für das Beispielenzym Katalase gibt es verschiedenste Ansätze zur experimentellen Untersuchung.Das starke Zellgift Wasserstoffperoxid (H2O2) wird in den Peroxisomen beim Abbau giftiger Alkohole und Aldehyde gebildet. Es entsteht Wasserstoffperoxid, welches wiederum vom Enzym Katalase in Wasser und Sauerstoff umgewandelt wird. Viele Lebewesen besitzen eine Katalase. Manche Pilze oder Bakterien kommen ohne dieses „Entgiftungsenzym" aus.Im Alltag wird Katalase eingesetzt, um mit ...

16. Enzyme im Alltag

    Prozesse zur ATP-Gewinnung > Enzymatik - Grundlage: Proteinwissen generell > Enzyme im Alltag

    

    Der Einsatz von Enzymen ist vielfältig! Auch außerhalb unserer Zellen finden wir zahllose Beispiele für die Anwendung von Enzymen...WaschenIm alltäglichen Gebrauch ist es uns meist nicht bewusst. Waschmittel haben nur deshalb eine so gute Waschkraft, weil die Detergentien/Waschmittel durch Enzyme unterstützt werden. Fett- und Eiweißflecken lassen sich mit Lipasen und Proteasen gut entfernen. Auch Stärke kann enzymatisch (Amylasen) entfernt werden. Niedrige Wassertemperaturen ...