Big Bang HTL 4, Schulbuch

48 Biochemie und Biotechnologie (IV. Jahrgang, 7. Semester) Stoffwechsel 4 Jede Zelle ist eine Art chemische Fabrik im Kleinformat. Auf engstem Raum laufen tausende Reaktionen ab. So werden z. B. Aminosäuren zu Proteinen verknüpft oder Zucker aus der Nahrung wird zu Kohlenstoffdioxid und Wasser abgebaut um Ener- gie freizusetzen. Diese Energie wird genutzt um Arbeit zu leisten, wie z. B. im aktiven Transport durch eine Membran (siehe Kapitel 1) oder in der Muskelkontraktion. Manchmal, wie bei den Glühwürmchen, wird damit sogar Licht produziert. Alle aber- tausenden chemischen Reaktionen in den Zellen sind gesteuert, nicht das kleinste Quäntchen Energie wird verschwendet. Die Grundprinzipien des Stoffwechsels und einige wichtige Beispielreaktionen werden in diesem Kapitel besprochen. 4.1 Das A und O der Zellchemie Grundbegriffe des Stoffwechsels Ein wichtiges Kennzeichen des Lebens ist der Stoffwechsel. Viele der dabei ablaufenden chemischen Reaktionen sind ähnlich in allen Zellen aller Lebewesen. Jetzt sehen wir uns die Grundprinzipien dieser Reaktionen an. Der Stoffwechsel, auch Metabolismus genannt, ist die Summe aller chemischen Reaktionen in einem Lebewesen. Viele dieser Reaktionen laufen als Reaktionsreihe ab, bei der das Produkt der einen Reaktion gleichzeitig das Edukt (= Substrat) der nächsten Reaktion ist und weiter reagiert. Abfolgen von Reaktionen, die immer in der gleichen Rei- henfolge nacheinander passieren, werden als Stoffwechsel- wege bezeichnet. Jede einzelne Reaktion dieser Wege wird durch ein Enzym katalysiert und ist dadurch regulierbar . Der Stoffwechsel als solches hat die Aufgabe den Organis- mus mit Baumaterial und Energie zu versorgen. Manche Stoffwechselwege setzen Energie frei, indem sie komplexe organische Moleküle in einfachere Verbindungen spalten. Allgemein wird der abbauende Teil des Stoffwechsels als Katabolismus bezeichnet. Ein wichtiger Teil des Katabolis- mus ist der Abbau von Glucose zur Energiefreisetzung. Die- sem Teil des Stoffwechsels werden wir uns in den nächsten beiden Abschnitten widmen. Geschieht der Abbau der Glucose mit Hilfe von Sauerstoff zu Kohlenstoffdioxid und Wasser, wird der Prozess als Zellatmung bezeichnet. Dieser Begriff darf nicht mit der Atmung, also mit dem Ein- und Ausatmen von Luft verwechselt werden. ( F1 ) Das Gegenstück zum Katabolismus ist der Anabolismus . Wer hat nicht schon von Anabolika gehört? Diese zwei sehr ähn- lichen Begriffe hängen auch in ihrer Bedeutung zusammen. Was ist der Unterschied zwischen Atmung und Zellatmung? Was sind Anabolika? Wir haben bei den Kennzeichen des Lebens in Kapitel 6 festgestellt, dass alle Lebewesen einen Stoffwechsel haben. Ist der Stoffwechsel aber in allen Lebewesen und Zellen gleich? Wer kann sich an die Begriffe exotherm und endo- therm erinnern? Wie unterscheiden sich also exother- me von endothermen Stoffwechselwegen? F1 F2 F3 F4 Der Anabolismus ist jener Teil des Stoffwechsels, der aus einfachen Molekülen größere und komplexe ja oft riesige Moleküle aufbaut. Anabolika sind nun Stoffe die den auf- bauenden Stoffwechsel beschleunigen, vor allem die Pro- duktion von Proteinen für den Muskelaufbau. Viele dieser Medikamente sind Steroidhormone, deren Grundstruktur wir in Kapitel 2 schon kennen gelernt haben. ( F2 ) Die Energie, die für den Anabolismus benötigt wird, wird durch den Katabolismus zur Verfügung gestellt. Abb. 4.1: Übersichtsschema Metabolismus Obwohl Lebewesen, von einfachsten Bakterien bis hin zum Menschen, sehr verschieden sein können, haben sie nicht nur in ihrem Zellaufbau, sondern auch im Stoffwechsel, Ge- meinsamkeiten. Eine ganze Reihe von Stoffwechselwegen, sowohl im Katabolismus als auch im Anabolismus, laufen völlig ident in allen Lebewesen ab. So erfolgt der Aufbau von Proteinen an den Ribosomen auf gleiche Weise. Dieser Prozess wird Translation genannt und im Kapitel 5 im Detail behandelt. Der Abbau von Glucose (C 6 H 12 O 6 ) zu Pyruvat (C 3 H 3 O 3 ) läuft in fast allen Zellen aller Lebewesen ab. Dieser Stoffwechsel- weg wird Glycolyse genannt. Selbst jenen wenigen Bakteri- enarten, die keine Glycolyse betreiben, fehlen dafür nur einzelne Enzyme. Man geht bei ihnen davon aus, dass die Fähigkeit zur Glycolyse im Laufe der Evolution wieder ver- loren gegangen ist. Diese Allgegenwärtigkeit einiger Stoff- wechselwege ist ein starkes Argument für die Evolutions- theorie. Natürlich gibt es auch viele Stoffwechselwege, die auf eine Gruppe von Lebewesen beschränkt sind, wie etwa h3f7mx Nur zu Prüfzwecken – Eigentum des Verlags öbv