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
    Peptidbindung. Gezeigt ist ein Dipeptid, gebildet aus zwei Aminosuren. Die Proteinkette wird vom N-Terminus (Aminogruppe) zum C-Terminus hin gebildet (Suregruppe).
    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
    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 ist allein durch die Abfolge der Aminosäuren ...
  4. Eigenschaften der Enzyme
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    Aktivierungsenergie:
    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
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    Jede chemische Reaktion hat einen fr sich spezifischen Gleichgewichtszustand. Nach einer Einstellungsphase am Anfang (es ist nur das Edukt/Substrat A oder nur das Produkt B vorhanden) pendelt sich die Reaktion ein. Von auen ist kein Substratumsatz mehr messbar.
    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
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    Die Abbildung deutet den induced fit zwischen Enzym und Substrat(en) an. Enzym und Substrat bewegen sich aufeinander zu, sodass es zu einer optimalen Einpassung des Substrats in das Enzym kommt
    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
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    Abhngigkeit der Reaktionsgeschwindigkeit einer Enzymreaktion von der Konzentration des umzusetzenden Substrats. Die Substratkonzentration bei der die halbmaximale Reaktionsgeschwindigkeit erreicht wird, bezeichnet man als Michaelis-Menten-Konstante KM. Der Kurvenverlauf wird mit dem Begriff Sttigungskurve bezeichnet.
    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, bei der ...
  8. Biokatalysatoren: Einfluss von Temperatur, pH, Salzkonzentration
    Prozesse zur ATP-Gewinnung > Enzymatik - Grundlage: Proteinwissen generell > Möglichkeiten der Enzymbeeinflussung > Biokatalysatoren: Einfluss von Temperatur, pH, Salzkonzentration
    Temperaturoptimum Fotosynthese
    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
    Abhngigkeit der Reaktionsgeschwindigkeit einer Enzymreaktion von der Konzentration des umzusetzenden Substrats. Die Substratkonzentration bei der die halbmaximale Reaktionsgeschwindigkeit erreicht wird, bezeichnet man als Michaelis-Menten-Konstante KM. Der Kurvenverlauf wird mit dem Begriff Sttigungskurve bezeichnet.
    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
    Isoleucin-Biosyntheseweg - Die erste Enzymreaktion wird vom Endprodukt gehemmt.
    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
    Allosterische Hemmung und nicht-kompetitive Hemmung knnen vom Mechanismus her gleich gesetzt werden. Der Inhibitor bindet ausserhalb des aktiven Zentrums, verndert es aber so, dass die Aktivitt des Enzyms herabgesetzt wird. Es gibt ebenso den Fall der allosterischen Aktivierung. Auch hier bindet ein Molekl (dann Aktivator genannt) an das Enzym.
    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
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    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 ...
Stoffwechsel
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