Referat Mitochondrien, Citratzyklus bitte Hilfe?
Ich halte ein Referat über Mitochondrien, leider fehlen mir einige Grundkenntnisse von Chemie...Ich habe mir jetzt von tausenden Seiten einen Text zusammen gebastelt, der soll eine Einleitung zum Citratzyklus und von der Oxidationen Phosphorisierung sein.
„Wir nehmen Nahrung auf, andere Organe wie die Bauchspeicheldrüse, Galle und Darm leisten vorarbeit, und legen die Nahrung in grundlegende Baussteine auseinander, sodass die Moleküle von Kohlenhydraten, Fett und Eiweiß zu den Mitochondrien gelangen. In diesen Molekülen, also in diesen Nährstoffen ist zwar Energie, aber sie ist chemisch gebunden und die Zellen können diese Energie nicht direkt verwenden. Man kann sich das vorstellen wir bei einem Motor, hier muss das Benzin ersteinmal verbrannt werden, bevor das Auto fahren kann. Genauso müssen die Nährstoffe verbrannt werden.“
Soweit ich weiß hat meine Klasse auch keine Ahnung von Chemie deswegen versuche ich mich so einfach wie möglich auszudrücken. Aber jetzt verstehe ich gar nichts mehr, denn beim Citratzyklus entstehen ja NADH UND FADH2 und sie gelangen dann in die Atmungskette. Aber auf anderen Internetseiten steht das NADH UND FADH Produkt der Oxidativen Phosphorisierung sind.. aber das ist doch ATP oder? Mein Einleitungstext ist auch total verwirrend weil ich nicht anknüpfen kann. Hat jemand Ahnung davon und kann mir helfen, jeder Satz hilft mir weiter!!
2 Antworten
Hi,
vielleicht hilft dir meine kleine Skizze weiter, du könntest sie im Referat verwenden.
Sie zeigt, schematisch, die "oxidative Phosphorylierung" in den Mitochondrien. Ich klinke mich mal dort ein, wo du nicht weitergekommen bist.
Dein Text geht so weiter, dass beim Abbau der Brennstoffmoleküle, diesen Elektronen entzogen werden (deswegen "oxidativ" = Elektronenabgabe). Diese Elektronen werden in den Mitochondrien zur ATP-Produktion verwendet.
Daher werden die Elektronen von den Brennstoffmolekülen eigens auf Elektronen-Carrier, quasi "Einkaufswagen beladen mit Elektronen", verladen, dem NADH und FADH2.
Dann werden die Elektronen in eine Elektronentransportkette in der inneren Mitochondrienmembran geschleust (orange) und letztlich auf den letzten Elektronenakzeptor, den Sauerstoff (O2) übertragen, wobei Wasser entsteht (H2O).
Dabei wird Energie frei, die dazu verwendet wird, Protonen (H+-Ionen) durch die innere Mitochondrienmembran in den Zwischenraum (Intermembranraum) zu pumpen (immer noch orange).
Die dort hineingepumpten Protonen stellen eine Form gespeicherter Energie dar, die letztlich aus dem Abbau der Nährstoffmoleküle stammt. Auf der einen Seite sind ganz viele Protonen (H+-Ionen) und auf der anderen Seite weniger, es entsteht ein Protonen-Gradient, ähnlich wie ein volle Talsperre. Beim Ablassen des Talsperrenwassers kann man damit Turbinen antreiben und damit Strom erzeugen. Die Talsperre ist also auch eine Form gespeicherter Energie, die man zur Stromerzeugung nutzen kann. Beim Rückfluss der Protonen durch die innere Membran der Mitochondrien erzeugen "molekulare Turbinen" (ATP-Synthase) ATP (grün).
Wir fassen zusammen und spielen noch ein wenig mit den Begriffen, damit du deinen Text zu Ende basteln kannst.
Schaut man sich die Möglichkeiten der ATP-Bildung in Zellen an, dann sind diese sehr begrenzt, es bedarf einerseits eines stark exergonen Prozesses (energiebereitstellenden Prozessen), wie die Übertragung von Elektronen auf Sauerstoff (vgl.: "Knallgasreaktion"), um diese andererseits an den endergonen Prozess (auf Zufuhr von Energie angewiesener Prozess) der ATP-Bildung zu koppeln.
Die Mitochondrien haben "erfunden", diese Kopplung eines energieliefernden Prozesses (exergon), mit der ATP-Produktion (endergon), unter den Bedingungen lebender Zellen ablaufen zu lassen, ohne dass es diese dabei in 1000 Stücke reißt (google: Knallgasreaktion = explosiv).
Das ist extrem trickreich gemacht und wurde bisher noch nicht kopiert, daher sind z.B. wir, wie Tiere oder Pflanzen, auf Mitochondrien so sehr angewiesen, dass sie im Laufe der Evolution zu festen "Untermietern" unserer Zellen geworden sind. Sie waren nämlich früher mal eigenständig, aber die Zellen, die sie nicht hatten, waren so, ich hätte jetzt fast gesagt, neidisch auf die Form der Energieerzeugung (bzw. -wandlung), bei der aus den Brennstoffmolekülen viel mehr herausgeholt wird, dass sie die Mitochondrien für immer in sich aufgenommen haben (vgl.: "Endosymbiontenhypothese").
Die Mitochondrien haben uns also quasi unseren exklusiven Lebensstil erst ermöglicht, weil die Ausstattung mit ihnen, bringt uns erst die Power, die wir jeden Tag brauchen, um so leben zu können, wie wir leben. Leberzellen z.B. enthalten tausende Mitochondrien pro Zelle, Eizellen, als frühe Reserve entstehenden Lebens, gar hunderttausende (!) Mitochondrien pro Eizelle. Handys brauchen ab und zu eine Powerbank, Eizellen bis zu 600.000 Mitochondrien, um loslegen zu können und neues Leben zu formen, was für eine gewaltige Maschinerie, wow, es besteht kein Zweifel daran, dass Mitochondrien uns die Zukunft ermöglicht haben.
Um ATP gewinnen zu können, bauen Mitochondrien, einen elektrochemischen Gradienten aus H+-Ionen (Protonen) über eine Membran (innere Mitochondrienmembran, Abb.: blau) auf, das ist eine Form von gespeicherter Energie, vergleichbar mit einer gefüllten Talsperre (oranger Teil).
Der Rückfluss der H+-Ionen durch die Membran (grün), treibt die ATP-Synthese an, ähnlich wie Turbinen am Fuße einer Talsperre, wenn diese ausläuft. Es sind H+-transportierende ATP-Synthasen in der inneren Mitochondrienmembran, die die im Gradienten gespeicherte Energie für die ATP-Synthese nutzbar machen (das sind die "Turbinen", grün).
Die Energie zum Aufbau des H+-Gradienten (zum Füllen der Talsperre), wird durch Redoxprozesse aufgebracht, in die die Elektronen eingespeist (übertragen) werden, die aus dem Abbau der Brennstoffmoleküle der Nahrungsstoffe stammen. Bei der Glykolyse (Zuckerabbau), der Fettsäureoxidation (Fettabbau) und im Citratzyklus (Stoffwechselzyklus) entstehen NADH und FADH2, das sind energiereiche Moleküle, die Elektronen übertragen können, deren Elektronen in die Redoxkette zum Aufbau des Gradienten der ATP-Gewinnung eingespeist werden (orange, e-). Sie sind sozusagen das Antriebsmittel für den Motor (das orangene Kästchen), der den H+-Gradienten aufbaut, mit dem ATP letztlich erzeugt wird (grün).
Dabei werden NADH und FADH2 wieder zurück-oxidiert zu NAD und FAD und stehen wieder frei zur Verfügung, wie leere Einkaufswagen. Es ist der letzte oxidative Schritt im Abbau der Nahrungsstoffe, bei dem NADH und FADH2 wieder zurück oxidieren, daher ist es quasi eine "End-Oxidation" (wichtiger Begriff im Zusammenhang mit Mitochondrien, der sich in vielen Schriften findet) auf einem Abbauweg der Brennstoffmoleküle zur Erzeugung energiereicher Produkte (ATP).
Die in die Redoxkette der inneren Mitochondrienmembran eingespeisten Elektronen werden durch eine Reihe von Proteinkomplexen der inneren Mitochondrienmembran (hier nur durch ein orangenes Kästchen angedeutet) letztlich auf Sauerstoff (O2) übertragen (orange), Sauerstoff ist der Endakzeptor dieser Elektronentransportkette, die man daher "Atmungskette" (ebenfalls ein wichtiger Begriff im Zusammenhang mit Mitochondrien, der sich ebenfalls in vielen Schriften findet) nennt, dabei ensteht als Endprodukt Wasser (H2O).
Damit die Zellatmung stattfinden kann, erfolgt auch eine äußere Atmung (luftholen), das Heranführen des benötigten Sauerstoffs über Atmungsorgane (Lungen) und transportierendes, quasi "flüssiges Gewebe" (Blut), was eigens darauf spezialisiert ist, den benötigten Sauerstoff durch den Körper zu transportieren und den Mitochondrien der Zellen exklusiv zuzuführen (über Adern), stellt Sauerstoff für die Atmungskette (als Elektronenakzeptor) und die Erzeugung von ATP bereit.
Anhand des betriebenen Aufwandes, wir atmen zwanghaft ständig ein und aus, das Blut transportiert ständig Sauerstoff zum Gewebe, erkennt man, wie zentral für das Überleben, dieser Teil des Energiestoffwechsels ist, der in den Mitochondrien stattfindet. Daher findet er auch Eingang in den Stoff des Unterrichts (Referat). Er ist von herausragender Bedeutung für das Fach, universell verbreitet in den Lebensformen, die auf der Erde angetroffen werden, einschließlich des Menschen.
Der Transport der Elektronen durch die Elektronentransportkette der inneren Mitochondrienmembran treibt den H+-Transport durch die innere Mitochondrienmembran in den Intermembranraum der Mitochondrien an, wenn die H+-Ionen durch einen Enzymkomplex in der inneren Mitochondrienmembran in die Mitochondrienmatrix zurückfließen, wird ATP gebildet (grün). Diese Elektronentransportkette aus diversen transmembranen Proteinkomplexen der inneren Mitochondrienmembran, die in der Skizze nicht aufgelöst erscheinen, nennt man Atmungskette.
Die Oxidation und Regenerierung der Elektronenüberträger (NADH ---> NAD, Endoxidation) und die Phosphorylierung (ADP + Pi ---> ATP) sind durch einen H+-Gradienten an der inneren Mitochondrienmembran miteinander gekoppelt.
Deswegen nennt man diesen Weg der ATP-Bildung auch "oxidative Phosphorylierung". Atmungskette und Endoxidation sind also Teil der oxidativen Phosphorylierung.
Die Idee (Hypothese) dazu, dass es diese Kopplung über einen H+-Gradienten über eine Membran gäbe, durch dessen "protonenmotorische Kraft" die ATP-Synthese dann angetrieben würde, hatte Peter Mitchell (1961), die sog. "Mitchell-Hypothese" und wurde dafür zunächst, wie das oft bei neuen Sichtweisen ist, nicht gefeiert, sondern angegangen und bekämpft, aber die Hypothese erfuhr danach Bestätigung und erwies sich als zutreffend.
Für seine, ja bahnbrechende Hypothese, bezüglich der Energiekopplung in den Mitochondrien, erhielt Mitchell 1978 den Nobelpreis für Chemie.
Auch daran kann man den Stellenwert des Themas im Fach ablesen, weshalb dieses Thema im Unterricht auftaucht, weil es quasi ein Meilenstein der biologischen Entdeckungen ist und zur Aufklärung eines wichtigen Teils des Energiestoffwechsels (Atmungskette, Endoxidation) beitrug. Good luck, Gruß, Cliff
Hallo rajalicious,
dein Text ist an sich schon mal nicht schlecht. Allerdings würde ich die Proteine erst mal außen vor lassen, denn diese werden etwas anders metabolisiert.
Also zunächst einmal wichtig ist die Aktivierung von Eingangsmolekülen wie der Glucose. Diese wird in der Glykolyse erst einmal phosphoryliert und über eine Reaktionskaskade werden erste ATP-Moleküle gewonnen und die Glucose in Pyruvat zerlegt.
Dass FADH2 und NADH Produkte der oxidativen Phosphorylierung sind, ist tatsächlich nicht korrekt. Diese Moleküle werden in der Atmungskette gebraucht, um einen Protonengradienten zu erzeugen und sie stellen Elektronen für den Elektronentransport (Atmungskette= Elektronentransportkette) bereit.
Hoffe, ich konnte ein bisschen weiterhelfen. Wenn du weitere Fragen hast, zögere nicht, mich zu kontaktieren.
LG Phleppse
Erstmal vielen Dank für deine Mühe und dieses Angebot nehme ich gerne an😁 ist die Glykolyse dann sozusagen die Vorarbeit für den Citratzyklus? Weil sie ja im Zytoplasma stattfindet und nicht in den Mitochondrien. Mit welchem Stoff beginnt denn der Citratzyklus, weil so müsste doch Pryuvat in AcetylKoa umgewandelt werden und das stimmt doch nicht oder?
Also die Glykolyse kann als eine Art Vorbereitungsschritt für die Reaktionen im Mitochondrium angesehen werden, nicht zuletzt wegen der günstigen Transportform Pyruvat. Der Citratzyklus beginnt mit der Reaktion von Oxalacetat und Acetyl-CoA. Das CoA und die Synthese von Acetyl-CoA kommt bei der sog. oxidativen Decarboxylierung ins Spiel. Der Name verrät es, unter Abgabe von Elektronen wird eine Carboxylgruppe abegespalten in Form von CO2, wobei NADH regeneriert wird. Das entstehende Produkt ist Acetyl-CoA
Die Glykolyse ist insofern wichtig, weil eine eukaryotische Zelle bei Sauerstoffmangel trotzdem Energie aus Glucose gewinnen kann, wenn auch deutlich weniger als beim normalen Durchlauf der Zellatmung (Stichwort: Gärung)
Ich bin dir so dankbar dass du dir so viel Zeit nimmst für mich, eine wildfremde Person