Aufgaben: Redoxreaktionen und Elektronenüberträger

Definieren Sie die Begriffe Oxidation und Reduktion in Bezug auf Elektronen und erklären Sie, warum Oxidation und Reduktion immer gekoppelt auftreten.

Gegeben ist die Reaktion $\text{NAD}^+ + 2\,\text{H} \rightarrow \text{NADH} + \text{H}^+$.

1. a) Geben Sie an, ob NAD$^+$ dabei oxidiert oder reduziert wird.
2. b) Nennen Sie die Funktion von NAD$^+$ im Stoffwechsel.

Bei der Zellatmung gilt vereinfacht: $\text{C}_6\text{H}_{12}\text{O}_6 + 6\,\text{O}_2 \rightarrow 6\,\text{CO}_2 + 6\,\text{H}_2\text{O}$. Geben Sie an, welcher Stoff oxidiert und welcher reduziert wird, und bezeichnen Sie Oxidationsmittel und Reduktionsmittel.

Bei der Milchsäuregärung wird Pyruvat zu Lactat umgesetzt, wobei NADH + H$^+$ zu NAD$^+$ oxidiert wird.

1. a) Formulieren Sie die Reaktionsgleichung für diesen Schritt in Worten.
2. b) Erklären Sie, warum die Regeneration von NAD$^+$ für die Glykolyse unter Sauerstoffmangel notwendig ist.

Bei der Fotosynthese wird in der Lichtreaktion NADP$^+$ zu NADPH + H$^+$ reduziert, in der Dunkelreaktion wird NADPH wieder oxidiert.

1. a) Nennen Sie, woher die Elektronen für die Reduktion von NADP$^+$ stammen.
2. b) Beschreiben Sie, wofür NADPH in der Dunkelreaktion verwendet wird.
3. c) Vergleichen Sie die Rolle von NADPH mit der von NADH in der Zellatmung.

Ein Schüler behauptet: „Bei der Zellatmung wird Glucose oxidiert, also wird auch der Sauerstoff oxidiert."

1. a) Prüfen Sie die Aussage und korrigieren Sie sie.
2. b) Erläutern Sie, welche Rolle der Sauerstoff als letzter Elektronenakzeptor in der Atmungskette spielt.

In der Atmungskette werden Elektronen über mehrere Redoxsysteme mit zunehmend positivem Redoxpotenzial weitergegeben (NADH → Komplexe → O$_2$).

1. a) Erklären Sie, warum die Energie schrittweise statt in einem Schritt freigesetzt wird.
2. b) Erläutern Sie, wie die frei werdende Energie zur ATP-Synthese genutzt wird.
3. c) Erklären Sie, was bei einer Blockade der Atmungskette durch Cyanid geschieht.

Vergleichen Sie Zellatmung und Fotosynthese als gegenläufige Redoxprozesse. Gehen Sie ein auf:

1. a) die Richtung des Elektronenflusses und die Veränderung des Energiegehalts der organischen Stoffe,
2. b) die beteiligten Elektronenüberträger,
3. c) die Bedeutung für den Stoff- und Energiekreislauf in einem Ökosystem wie dem Wattenmeer.

Ein Labor misst die Sauerstoffaufnahme isolierter Mitochondrien. Nach Zugabe von Succinat steigt der Verbrauch, nach Zugabe von Rotenon (Hemmstoff des ersten Komplexes) sinkt er bei NADH-Substrat auf nahezu null, bei Succinat bleibt er jedoch bestehen.

1. a) Deuten Sie die Beobachtung.
2. b) Erklären Sie, warum Succinat den Block umgeht.
3. c) Leiten Sie ab, welche Folgen für die ATP-Ausbeute zu erwarten sind.