Mitochondrien und Zellatmung

Overview

In dieser Lektion wird die aerobe Zellatmung mit Schwerpunkt auf der Struktur und Funktion des Mitochondriums behandelt, insbesondere anhand einer typischen Abituraufgabe mit Skizze und Erläuterung.

Basiskonzepte und Bildungsstandards

• Fünf zentrale Basiskonzepte: Struktur und Funktion, Steuerung und Regelung, Stoff- und Energieumwandlung, Kompartimentierung sowie Information und Kommunikation.
• Evolution wurde mit Variabilität und Angepasstheit zum Konzept der individuellen und evolutiven Entwicklung zusammengefasst.
• Schwerpunkt des Themas: Struktur und Funktion, insbesondere Kompartimentierung und Oberflächenvergrößerung.

Aufbau und Strukturen des Mitochondriums

• Wichtige Strukturen: äußere Membran, innere Membran, Intermembranraum, Matrix, mitochondriale DNA, Ribosomen.
• Die äußere Membran dient dem Schutz und als Abgrenzung.
• Die innere Membran trennt Matrix und Intermembranraum und ermöglicht einen Protonengradienten.
• Cristea (Einstülpungen der inneren Membran) vergrößern die Oberfläche und steigern die Effizienz der Zellatmung.
• Matrix enthält mitochondriale DNA und Ribosomen.

Funktion der Bestandteile

• Mitochondriale DNA trägt genetische Information für die Proteinbiosynthese wichtiger Enzyme und integraler Membranproteine.
• Ribosomen sind Orte der Proteinbiosynthese, insbesondere für zellatmungsrelevante Enzyme.
• Integrale Proteine in der inneren Membran bilden die Elektronentransportkette und ermöglichen den Protonentransport.
• ATP-Synthase (integrales Protein) synthetisiert ATP aus ADP und Phosphat.
• Protonengradient über der inneren Membran ermöglicht ATP-Bildung.

Operatoren und Aufgabenstruktur

• Aufgabenstellung fordert beschriftete Skizze und inhaltliche Erläuterung (Operatoren: Skizzieren und Erläutern).
• Erläutern bedeutet Sachverhalte durch zusätzliche Informationen verständlich zu machen.

Key Terms & Definitions

• Kompartimentierung — Unterteilung der Zelle in verschiedene Reaktionsräume durch Membranen.
• Oberflächenvergrößerung — Erhöhung der Oberfläche, z.B. durch Cristea, steigert die Reaktionsfähigkeit.
• Elektronentransportkette — Folge integraler Membranproteine; überträgt Elektronen und erzeugt einen Protonengradienten.
• Protonengradient — Konzentrationsunterschied von Protonen (H+) zwischen Matrix und Intermembranraum.
• ATP-Synthase — Enzym, das mithilfe des Protonengradienten ATP erzeugt.

Action Items / Next Steps

• Skizze des Mitochondriums mit Beschriftung der wesentlichen Bestandteile anfertigen.
• Playlist und Handbuch zu Zellatmung und Mitochondrien durchgehen.