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