Herz- Kreislauferkrankungen. Herzkreislauf Zellulärer Stoffkreislauf.
Abbau organischer Verbindungen - imw.bio.uni-mainz.de · Def.: Xenobiotika Synthetische Stoffe, die...
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Abbau organischer VerbindungenLara HamzehpourWindthorststraße 1a55131 [email protected]
26. Mai 2011 | Johannes Gutenberg-Universität Mainz
Inhalt
- Einleitung- Abbaumechanismen- Beispiele Makromoleküle
> Polysaccharide, Lignin> Proteine
- Beispiele Niedermolekulare Substanzen> Zucker> Aminosäuren> Aromaten
- Xenobiotika und Cometabolismus- Fazit- Quellen
26. Mai 2011 | Johannes Gutenberg-Universität Mainz
Einleitung
Welche Bedeutung stellt der Abbau organischer Verbindungen für unser Ökosystem dar?
26. Mai 2011 | Johannes Gutenberg-Universität Mainz
Destruenten = zersetzen hauptsächlich wasserunlösliche, hochmolekulare Polymere
26. Mai 2011 | Johannes Gutenberg-Universität Mainz
„Prinzip der biologischen Unfehlbarkeit“
organisches Material (von Pflanzen und Tieren gebildet) wird von Destruenten als Energie-/Kohlenstoffquelle genutzt
fast alle Naturstoffe können von Destruenten mineralisiert werden
26.06.15
26. Mai 2011 | Johannes Gutenberg-Universität Mainz
Wie gehen Destruenten dabei vor?
Exoenzymewerden über Sekretion von Zellen abgegeben
> endospaltende
Bausteinkette wird dort gegriffen, wo Substrat leicht zugänglich ist
> exospaltende
Kette wird vom Ende her abgebaut
Makromoleküle können von der Zelle nicht aufgenommen werden
26.06.15
26. Mai 2011 | Johannes Gutenberg-Universität Mainz
Abbaumechanismen
> aerob
> anaerob
> Gärung
26. Mai 2011 | Johannes Gutenberg-Universität Mainz
Abbaumechanismen
immer gleiches Prinzip Unterschiedliche Zwischen- und Endprodukte
MakromolekülSpaltung durch
Exoenzym
Mikromoleküle Transport in
ZelleMineralien
26.06.15
26. Mai 2011 | Johannes Gutenberg-Universität Mainz
Beispiele
Abbau von Makromolekülen
26. Mai 2011 | Johannes Gutenberg-Universität Mainz
Polysaccharide (Mehrfachzucker)Abbau von Makromolekülen
Pflanzenzellwand: Cellulose (30-50%), Hemicellulosen (20-30%), Pectin (3-5%), mit Lignin (Holzstoff) inkrustiert (20-30%)Cellulosefaser: besteht aus β-Glucosemolekülen
- Cellulasen (Exoenzym) Endoglucanase (amorpher Bereich)
Exoglucanasen
Cellubiose durch Cellubiase in Glucoseeinheiten gespalten
Glucose und Cellubiose kann in Zelle transportiert werden 26.06.15
26. Mai 2011 | Johannes Gutenberg-Universität Mainz
1,4-β-glykosidische Bindung
26. Mai 2011 | Johannes Gutenberg-Universität Mainz
Lignin
Abbau von Makromolekülen
(10-30% der Masse an Gefäßpflanzen)
- hauptsächlich in Holz (18-30%)- besteht aus Phenylpropaneinheiten (C6-C3-Körper (Aromat mit
Propan und Alkoholgruppe))
26.06.15
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Lignin
26. Mai 2011 | Johannes Gutenberg-Universität Mainz
Abbau von Makromolekülen - Lignin
- benötigt molekularen Sauerstoff; dauert sehr lange viel Energie
- von Pilzen abgebaut (dringen mit ihren Mycelfäden in Holz ein Oberflächenvergrößerung); Bakterien erst in letzten Stufen des Abbaus beteiligt
- extrazelluläre Enzyme in Vesikeln durch Exocytose an Hyphenspitzen freigesetzt
26.06.15
26. Mai 2011 | Johannes Gutenberg-Universität Mainz
26. Mai 2011 | Johannes Gutenberg-Universität Mainz
Einschub - HumusbildungLignin = Massenprodukt, sehr langsam abgebaut großer Teil des Lignins und dessen unvollständig abgebaute Aromatebleiben übrig Carbonsäuren = Huminsäuren
Unter Luftabschluss (z.B. Moor) entsteht aus Ligninresten Torf, später unter Druck und hohen Temperaturen Lignit, dann Braunkohle, dann Steinkohle.
26.06.15
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Humus
Humus
pH-Puffer Stickstoffquelle Wasserspeicher
Bodenfruchtbarkeit
26.06.15
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Abbau von Proteinen (Polypeptiden)Abbau von Makromolekülen
Proteine: Cytoplasma
Aminosäuren intrazellulär abgebaut
Spaltung
endospaltend:Proteinasen
exospaltend:Peptidasen
Aminopeptidasen> N-terminal
Carboxypeptidasen> C-terminal
26.06.15
26. Mai 2011 | Johannes Gutenberg-Universität Mainz
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Abbau niedermolekularer Substanzen
Mineralisierung
keine Makromoleküle bzw. Polymere, sondern kleinere Verbindungen bzw. Moleküle, die u.a. aus dem Abbau der Makromoleküle stammen
26. Mai 2011 | Johannes Gutenberg-Universität Mainz
Abbau niedermolekularer Susbtanzen
Zucker: Abbauprodukt der Polysaccharide- in Zelle transportiert und zu Pyruvat abgebaut
Glykolyse (Stoffwechselvorgang der in fast allen Organismen vorkommt)
Aminosäuren: Abbauprodukt der Proteine- D-Aminos. durch Racemasen in L-Form umgewandelt - α-Aminogruppe entfernt, dann Rest abgebaut
26.06.15
26. Mai 2011 | Johannes Gutenberg-Universität Mainz
Abbau niedermolekularer Substanzen
Aromaten: hauptsächlich in Lignin- hohe Resonanzenergie sehr stabil und reaktionsträge (eher Substitutionsreaktionen!)
- Abbau mit Sauerstoff und reduziertem Cofaktor(Bsp.: NADH+H+) Ring zweifach hydroxyliert, dann Spaltung
- auch anaerob abgebaut durch Reduktion mit starkem Reduktionsmittel (andere Intermediate (Zwischenstufen) als aerober A.)
- Vorbereitung z.B. durch elektronenziehende Substituenten erleichtert Elektronenübertragung auf Ring
26.06.15
26. Mai 2011 | Johannes Gutenberg-Universität Mainz
Xenobiotika und Cometabolismus
26. Mai 2011 | Johannes Gutenberg-Universität Mainz
Def.: Xenobiotika
Synthetische Stoffe, die der Mensch beabsichtigt oder unbeabsichtigt in Stoffkreislauf eingeführt hat schwer abbaubare Fremdstoffe
Def.: Cometabolismus
Stoffwechselvorgang eines Destruenten, woraus er weder Energie gewinnt, noch den Stoff weiterverwenden kann geschieht „unbeabsichtigt“
Bsp.: Abbau von Xenobiotika „Prinzip der biologischen Unfehlbarkeit!“
26.06.15
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Fazit
Welche Bedeutung stellt der Abbau organischer Verbindungen für unser Ökosystem dar?
Organische Verbindungen werden in anorganische überführt keine Anhäufung von abgestorbenem Material
Energiegewinnung für Mikroorganismen Mineralstoffe/Energiegewinnung für Pflanzen
Energie für weitere Lebewesen
Energiekreislauf
26.06.15
26. Mai 2011 | Johannes Gutenberg-Universität Mainz
Quellen
>https://www.abiweb.de/assets/courses/img/biologie-oekologisches-verhalten-nachhaltige-nutzung-nordrhein-westfalen-nrw/Okosystem_Stoff_Energiefluss.png
>http://www.spektrum.de/lexikon/biologie/xenobiotika/71213
>http://blog.schlafundschoen.de/wp-content/uploads/2012/08/Fotolia_16907041_M.jpg
>http://www.warum-torf.info/static/generated/96-trofsoden.jpg
>http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/b/bf/Lignite_Klingenberg.jpg
>http://bilder2.n-tv.de/img/bilderserien_alt/crop210865/7351326403-cImg_16_9-w1200/Die-Bedeutung-der-deutschen-Steinkohle-geht-seit-Jahren-zurueck.jpg
> „Allgemeine Mikrobiologie“ - Georg Fuchs; Thieme 9. Auflage
> „Purves Biologie“ - Jürgen Markl; Spektrum 9. Auflage
26.06.15