Eins der wohl wichtigsten Moleküle
in der Biologie ist ATP.
ATP steht für Adenosin-tri-phosphat.
Das klingt sehr kompliziert,
aber alles was ihr wissen müsst, wenn ATP
in biologischen Reaktion auftaucht, ist:
He, hier geht's um Energie.
Biologische Energie.
Oder anders gesagt: ATP ist die "Währung"
der biologischen Energie.
Aber was bedeutet "Währung" der Energie?
ATP speichert Energie in seinen chemischen Bindungen.
Ich erkläre gleich was das bedeutet.
Aber bevor wir lernen wie eine Adenosin-Gruppe
oder ein Triphosphat aussieht,
stellen wir uns vor ATP besteht aus etwas
dass man -- ich nehme mal eine hübschere Farbe --
Adenosin-Gruppe nennt.
Und da dran würden drei Phosphate hängen.
Nein, nicht würde, das ist so.
Da hängen drei Phosphate dran.
Und das ist ATP.
Adenosintriphosphat.
Das "tri" steht für "drei" Phosphate.
Jetzt nehmen wir ATP und hydrolysieren
diese Bindung. In der Gegenwart
von Wasser.
Schütten wir ein wenig Wasser dazu.
Also, wir haben H2O.
Eins der Phosphate wird dann abgespalten.
Ein Teil des Wassers verbindet sich mit diesem Phosphat
und ein anderer Teil verbindet sich
mit diesem Phosphat hier.
Ich zeige das gleich noch detaillierter.
Ich will nur erst einen Überblick verschaffen.
Am Ende bleibt eine Adenosin-Gruppe übrig
die jetzt nur noch zwei Phosphate besitzt.
Das nennt man Adenosin-di-phosphat oder ADP.
Zuerst hatten wir Triphosphat, das beutet drei Phosphate.
Und jetzt haben wir ein Diphosphat.
Anstatt eines "tri" schreiben wir einfach "di".
Das heißt wir haben nur zwei Phosphate.
Damit ist das ATP hydrolysiert. Wir haben also
eins dieser Phosphat abgespalten.
Was übrig bleibt ist ADP
und ein einzelnes Phosphat hier drüben.
Und ... und das ist das Wichtige
wenn wir über ATP reden
Wir haben Energie.
Und das meine ich mit: die "Währung"
der biologischen Energie ist ATP.
Wenn man durch eine chemische Reaktion
von ATP ein Phosphat abspaltet
wird Energie frei.
Diese Energie kann Wärme erzeugen.
Oder man nutzt Sie für eine chemische Reaktion
die Energie erfordert.
Das hält diese Reaktionen am laufen.
Ich zeichne hier zwar blos Kreise -
- Adenosine - und Phosphate -
Aber viel mehr müsst ihr gar nicht wissen.
Was ich hier gezeigt habe reicht aus
um zu verstehen wie ATP in biologischen -
- Systemen funktioniert.
Oder umgekehrt.
Ihr habt Energie und wollt ATP erzeugen,
dann läuft die Reaktion einfach rückwärts.
Energie plus Phosphat plus ADP,
und wir sind wieder bei ATP.
Das ist gespeicherte Energie.
Diese Seite der Gleichung ist gespeicherte Energie,
und diese Seite der Gleichung ist verbrauchte Energie.
Das sind die 95% die ihr wissen müsst
um die Funktion von ATP in
biologischen Systemen zu verstehen.
Es ist einfach ein Energiespeicher.
Wenn man ein Phosphat abspaltet, wird Energie frei.
Und wenn man von ADP und Phosphat
zurück zu ATP will, muss man Energie verbrauchen.
Mit ATP besitzt ihr also eine Energiequelle.
Wenn wir ADP haben und ATP wollen, brauchen wir Energie.
Bisher habe ich Kreise um ein 'A' gezeichnet
und gesagt: "Das ist Adenosin".
Manchmal ist es auch interessant
das echte Molekül zu sehen.
Das ist aus der Wikipedia.
Ich habe das nicht Anfangs gezeigt,
Weil es kompliziert aussieht.
Das Grund-Konzept warum ATP die "Währung"
der Energie ist, ist simpel.
Wenn es drei Phosphate besitzt, kann eines
abgespalten werden. Dabei wird Energie
an das System abgegeben.
Oder ihr wollt ein Phosphat anhängen
dann müsst ihr Energie aufwenden.
So funktioniert ATP prinzipiell.
Das hier ist die tatsächliche Struktur.
Auch hier finden wir die einzelnen Bestandteile,
und so schwer ist das nicht.
Also: Adenosin
Ich zeichne mal das Adenosin.
Wir haben Adenosin.
Das hier ist das Adenosin.
Dieser Teil des Moleküls.
Das ist Adenosin.
Diejenigen die bei einigen der früheren
Videos gut aufgepasst haben, erkennen sicher
dass dieser Teil vom Adenosin
Adenin ist.
Das gleiche Adenin ist als Nukleotid
teil der DNA.
Einige der Bio-Moleküle haben mehr
als nur eine Funktion.
Über das gleiche Adenin reden wir
bei Adenin und Guanin u.s.w.
Das ist ein Purin.
Und Pyrimidine, aber darauf gehe ich
jetzt nicht ein.
Aber das ist das gleiche Molekül.
Das ist sehr interessant.
Das gleiche Molekül welches Teil der DNA ist,
ist auch Teil des Energie-"Währungs"-Moleküls.
Adenin ist also Teil des Adenosin in ATP.
Der andere Teil hier ist Ribose.
Die kennt ihr vielleicht von der RNA (Ribonukleinsäure).
Das liegt daran, dass Ribose
fast überall dabei ist.
Ribose
ist Zucker mit 5 Kohlenstoff-Atomen.
Wenn das Atom nicht gezeichnet ist,
ist es Kohlenstoff.
Das hier ist ein Kohlenstoff, und zwei, drei, vier
und fünf Kohlenstoff Atome.
Das ist gut zu wissen
das Teile der Moleküle
auch in DNS enthalten sind.
Das sind häufige Bausteine die wir
immer wieder sehen.
Ich möchte darauf hinweisen, dass
das Auswendig lernen nicht nötig ist
um zu verstehen wie ATP
in biologischen Reaktionen wirkt.
Hier habe ich drei Phosphat-Gruppen gezeichnet.
Das ist deren tatsächliche Molekülstruktur.
Das hier ist die Elektronenformel.
Das hier ist eine Phosphatgruppe.
Hier ist die zweite Phosphatgruppe.
Und das hier ist die dritte Phosphatgruppe.
Ganz einfach.
Am Anfang habe ich das einfach geglaubt:
Wenn man eine Phosphat-Gruppe abspaltet.
Oder die Bindung ist Hydrolisiert.
Wird Energie frei.
Damit konnte ich alle wichtigen Fragen
beantworten.
Aber warum wird Energie frei?
Warum gibt diese Bindung Energie ab?
Alle Bindungen sind Elektronen
zwischen verschiedenen Atome.
Stellt euch das am besten so vor:
Das Elektron in der Bindung
zwischen diesen Atomen
kommt vom Phosphor.
Phosphor hat fünf Außen-Elektronen
und ist weniger elektro-negativ
als Sauerstoff. Daher wandert
das Elektron zum Sauerstoff.
Das Elektron fühlt sich aber "unwohl".
Denn es ist in einem hohen
energetischen Zustand.
Grund dafür sind all diese
negativen Sauerstoffatome.
Die drücken sich auseinander.
Daher können die Elektronen in der Bindung
nicht nahe an den Atomkern heran.
Sie wollen einen niedrigen Energie-Zustand.
Das ist natürlich bildhaft gesprochen.
Elektronen sind viel komplizierter.
Und dann noch die Quantenmechanik.
Aber so kann man sich das vorstellen.
Die Moleküle wollen sich voneinander entfernen.
Aber da ist diese Bindung und das Elektron
ist in einem hohen Energie-Zustand.
Es ist von den Atomkernen weiter entfernt
als es sein will.
Und wenn man diese Phosphatgruppe abtrennt,
kann dieses Elektron einen
niedrigen Energie-Zustand einnehmen.
Und das setzt Energie frei.
Wann immer man sagt: "Bei dieser chemischen
Reaktion wird Energie erzeugt."
Wandern Elektronen zu einem niedrigen Energiezustand.
Das ist alles.
Wenn wir in späteren Videos über Atmung
und Glykolyse reden, reden wir über Elektronen
die von einem "ungemütlichen"
in einem "gemütlichen" Zustand wechseln.
Und dabei erzeugen sie Energie.
Wenn ich in einem Flugzeug sitze oder heraus
springe, habe ich viel Potentielle Energie.
Das ist
ein ungemütlicher Zustand.
Wenn ich auf meiner Couch sitze und Fußball
schaue, habe ich wenig potentielle Energie.
Das ist ein gemütlicher Zustand.
Ich könnte viel Energie abgeben, wenn ich
auf meine Chouch falle ...
... Ich weiß nicht ...
... meine Vergleiche passen manchmal nicht.
Zum Schluss will ich noch die
genaue Reaktion erklären.
Ihr könntet das Video jetzt ausschalten und
trotzdem die Funktion von ATP in 95% aller
Bio-Prozesse verstehen.
Aber ihr sollt verstehen
was bei dieser Reaktion wirklich passiert.
... so, ich kopiere das mal ....
Also,
wie ich schon gesagt habe,
dieser Teil wird vom ATP abgetrennt.
Diese Phosphat-Gruppe wird abgetrennt.
Und das ist der Rest davon.
Übrig bleibt ADP.
Das ist ADP.
Ich kopiere das hier mal nicht mit.
Das bleibt aber die Adenosin Gruppe.
Einfach so.
Wie gesagt, der Teil wird hydrolisiert
oder abgetrennt und das bringt Energie.
Aber ich möchte euch
den Mechanismus zeigen.
Den allgemeinen Mechanismus wie
das tatsächlich abläuft.
Die Reaktion geschieht in gegenwart von Wasser.
Ich zeichne mal etwas Wasser.
Also einmal Sauerstoff und einmal Wasserstoff.
Und noch einmal Wasserstoff.
Das hier ist Wasser.
Hydrolyse ist einfach die Reaktion
wenn dieser Sauerstoff ein paar Elektronen
von jemandem haben will.
Vielleicht wandert dieser Wasserstoff hier runter
und teilt seine Elektronen mit diesem Sauerstoff.
Und dieses Phosphor hat ein Elektron übrig
...
Es hat fünf Außenelektronen die es
mit Sauerstoff teilen will.
Eins, zwei, drei, vier sind schon verteilt.
Wenn also dieser Wasserstoff weg ist,
bleibt nur das blaue OH.
Und dieser Sauerstoff kann ein Elektron
von diesem Phosphor bekommen.
Also kommt das OH hier dran.
Das ist der eigentliche Vorgang.
Aber es geht auch anders herum.
Ich könnte es auch hier spalten.
Dann würde der Sauerstoff am linken
Phosphor hängen bleiben. Und der Wasserstoff
wäre links rüber gewandert.
Und der rechte Phosphor hätte das OH bekommen.
Es kann in beliebiger Richtung erfolgen.
Beides geht gleichermaßen.
Und ich möchte noch etwas hinzufügen.
Das ist aber ein bischen koplizierter.
... Ich denke ich kann es versuchen ...
Das Elektron hat weniger Energie
weil es sich "wohler" fühlt sobald es abgetrennt ist.
Sagen wir, dieses Eelektron ist Teil
von diesem Phosphor
und ist jetzt "glücklicher".
Es hat weniger Energie,
weil es nicht mehr gedehnt ist. Es muss nicht mehr
zwischen diesen beiden hin und her springen
weil sich diese Moleküle von einander abstoßen.
Denn Beide sind negativ geladen.
Anders gesagt ...
(in "Organischer Chemie" lernen wir mehr darüber)
... es hat "mehr Resonanz"
Dieses Molekül hat eine bessere
Resonanz-Struktur
Das heißt, diese Elektronen können sich
einfacher zwischen den Atomen bewegen.
Das macht es stabiler.
Also, dieser Sauerstoff
hat ein Elektron übrig.
Das kann hier hoch wandern, und eine
Doppelbindung mit dem Phosphor bilden.
Und dieses Elektron kann hier hoch
zum Sauerstoff springen.
Das kann an allen Seiten passieren.
Ich will nicht ins Detail gehen, aber das
macht das Molekül stabiler.
Wer bereits organische Chemie gelernt hat
kann damit sicher mehr anfangen.
Aber genug dazu.
Das wichtigste an ATP ist,
wenn man die Phosphat-Gruppe abtrennt
wird Energie frei, die man für alles mögliche
benutzen kann. z.B. Muskel Bewegungen,
elektrische Impulse in Nerven und Gehirn.
Das ist damit die Haupt-Energiequelle,
die "Energie-Währung" in biologischen Systemen.
Das ist das wichtigste was man über
ATP wissen sollte.