Abbau organischer Verbindungen. Lara Hamzehpour Windthorststraße 1a Mainz

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1 Abbau organischer Verbindungen Lara Hamzehpour Windthorststraße 1a Mainz

2 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

3 Einleitung Welche Bedeutung stellt der Abbau organischer Verbindungen für unser Ökosystem dar? 26. Mai 2011 Johannes Gutenberg-Universität Mainz

4 Destruenten = zersetzen hauptsächlich wasserunlösliche, hochmolekulare Polymere 26. Mai 2011 Johannes Gutenberg-Universität Mainz

5 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 Mai 2011 Johannes Gutenberg-Universität Mainz

6 Wie gehen Destruenten dabei vor? Exoenzyme werden über Sekretion von Zellen abgegeben > endospaltende > exospaltende Bausteinkette wird dort gegriffen, wo Substrat leicht zugänglich ist Kette wird vom Ende her abgebaut Makromoleküle können von der Zelle nicht aufgenommen werden Mai 2011 Johannes Gutenberg-Universität Mainz

7 Abbaumechanismen > aerob > anaerob > Gärung 26. Mai 2011 Johannes Gutenberg-Universität Mainz

8 Abbaumechanismen immer gleiches Prinzip Unterschiedliche Zwischen- und Endprodukte Makromolekül Spaltung durch Exoenzym Mikromoleküle Transport in Zelle Mineralien 26. Mai Johannes Gutenberg-Universität Mainz

9 Beispiele Abbau von Makromolekülen 26. Mai 2011 Johannes Gutenberg-Universität Mainz

10 Abbau von Makromolekülen Polysaccharide (Mehrfachzucker) 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. Mai Johannes Gutenberg-Universität Mainz

11 1,4-β-glykosidische Bindung 26. Mai 2011 Johannes Gutenberg-Universität Mainz

12 Abbau von Makromolekülen Lignin (10-30% der Masse an Gefäßpflanzen) - hauptsächlich in Holz (18-30%) - besteht aus Phenylpropaneinheiten (C 6 -C 3 -Körper (Aromat mit Propan und Alkoholgruppe)) 26. Mai Johannes Gutenberg-Universität Mainz

13 Lignin 26. Mai 2011 Johannes Gutenberg-Universität Mainz

14 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. Mai Johannes Gutenberg-Universität Mainz

15 26. Mai 2011 Johannes Gutenberg-Universität Mainz

16 Einschub - Humusbildung Lignin = Massenprodukt, sehr langsam abgebaut großer Teil des Lignins und dessen unvollständig abgebaute Aromate bleiben übrig Carbonsäuren = Huminsäuren Unter Luftabschluss (z.b. Moor) entsteht aus Ligninresten Torf, später unter Druck und hohen Temperaturen Lignit, dann Braunkohle, dann Steinkohle. 26. Mai Johannes Gutenberg-Universität Mainz

17 Humus Humus ph-puffer Stickstoffquelle Wasserspeicher Bodenfruchtbarkeit 26. Mai Johannes Gutenberg-Universität Mainz

18 Abbau von Makromolekülen Abbau von Proteinen (Polypeptiden) Proteine: Cytoplasma Spaltung endospaltend: Proteinasen exospaltend: Peptidasen Aminopeptidasen > N-terminal Aminosäuren intrazellulär abgebaut Carboxypeptidasen > C-terminal 26. Mai Johannes Gutenberg-Universität Mainz

19 26. Mai 2011 Johannes Gutenberg-Universität Mainz

20 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

21 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. Mai Johannes Gutenberg-Universität Mainz

22 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. Mai Johannes Gutenberg-Universität Mainz

23 Xenobiotika und Cometabolismus 26. Mai 2011 Johannes Gutenberg-Universität Mainz

24 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. Mai Johannes Gutenberg-Universität Mainz

25 Welche Bedeutung stellt der Abbau organischer Verbindungen für unser Ökosystem dar? Fazit Organische Verbindungen werden in anorganische überführt keine Anhäufung von abgestorbenem Material Energiegewinnung für Mikroorganismen Mineralstoffe/Energiegewinnung für Pflanzen Energie für weitere Lebewesen Energiekreislauf 26. Mai Johannes Gutenberg-Universität Mainz

26 Quellen > > > > > > > Allgemeine Mikrobiologie - Georg Fuchs; Thieme 9. Auflage > Purves Biologie - Jürgen Markl; Spektrum 9. Auflage 26. Mai Johannes Gutenberg-Universität Mainz

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