-
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.
