am Puls Biologie 5, Schulbuch

42 Das ATP-Molekül wirkt wie eine biologische Batterie Um zu verstehen, wie Energie chemisch gespei- chert werden kann, müssen wir uns die Struktur des ATP-Moleküls ( k Abb. 1) genauer ansehen. Durch die drei aneinander hängenden Phosphat- reste kommt es im ATP-Molekül auf engstem Raum zu einer Anhäufung von vier negativen Ladungen, die sich gegenseitig abstoßen. Da- durch sind die Bindungen zwischen den Phos- phatresten sehr energiereich, und im ATP-Mole- kül ist daher, dank dieser Bindungen, Energie gespeichert. ATP gibt Energie ab und zerfällt, wenn Wasser vorhanden ist, in das energie- ärmere ADP ( Adenosindiphosphat ) und einen abgespaltenen Phosphatrest . Dieser Phosphatrest kann dabei auf ein anderes Molekül übertragen werden. Dieses Molekül mit Phosphatrest wird dadurch energiereicher und kann Reaktionen eingehen, für die ihm ursprüng- lich die Energie gefehlt hätte. Das ATP-Molekül wirkt also wie eine biologische Batterie, die Ener- gie speichern und wieder abgeben kann. Im Stoffwechsel einer Zelle sind viele Reaktionen von der Übertragung solcher Phosphatgruppen durch ATP abhängig und geschehen daher nur, wenn Energie in Form von ATP vorhanden ist. Im Stoffwechsel sind viele Reaktionen von Energie in Form von ATP abhängig. Viele chemische Reaktionen in unserem Körper verlaufen nicht von selbst, sondern benötigen für ihren Ablauf eine zusätzliche Energiezufuhr von außen. Diese notwendige Energie nennt man Ak- tivierungsenergie ( k Abb. 2). Ohne Aktivierungse- nergie würden die meisten Reaktionen nur sehr langsam oder gar nicht erfolgen. Enzyme können den Ablauf von Reaktionen im Stoffwechsel beschleunigen, indem sie die not- wendige Aktivierungsenergie verringern ( k Abb. 3). Enzyme sind Moleküle, die als Biokata- lysatoren wirken, das heißt sie beschleunigen ei- ne chemische Reaktion. Sie sind für fast alle Stoffwechselprozesse notwendig. Bei der vom Enzym katalysierten Reaktion verbindet sich das Enzym mit dem Ausgangsstoff einer Reaktion dem Substrat , zum Enzym-Substrat-Komplex ( k Abb. 6). Dieser Komplex reagiert dann zu Enzym und Produkt weiter. Bei der Zellatmung, um die es im Abschnitt 2.4 gehen wird, ist zB der energiereiche Trauben- zucker (Glukose) das Substrat. Alle Stoffwechselprozesse, die in diesem Kapitel noch näher besprochen werden, wie zum Bei- spiel die Fotosynthese oder die Zellatmung, laufen nur mithilfe von Enzymen ab. Die Namen von Enzymen enden generell auf der Silbe -ase (zB Amylase siehe S. 45). Auch bei vielen Produk- ten des täglichen Lebens haben wir Menschen uns die Wirkungsweise von Enzymen zunutze gemacht. Waschmittel enthalten Enzyme, die Flecken entfernen, indem sie Proteine oder Fette spalten, die den Fleck verursachen. Enzyme werden auch in der Lebensmittelindustrie bei der Produktion von Bier, Wein und Käse ein- gesetzt (siehe Biotechnologie, S. 158). Enzyme beschleu- nigen Reaktionen, indem sie Energie- barrieren senken Abb. 2: Zum Beginn einer Reaktion muss eine Energieschwelle überwunden werden. Dann kann die Reaktion ablaufen. Die freie Energie G beschreibt hier, wie energiereich die Substrate bzw. Produkte der Reaktion sind. Bei diesem Beispiel nimmt die freie Energie ingesamt ab. Reaktionsverlauf freie Energie (G ) Die Kugel muss erst über eine Schwelle geschoben werden … … bevor sie ins Tal rollen kann. Abb. 3: Eine unkatalysierte und eine katalysierte Reaktion unterscheiden sich in der Aktivierungsenergie, E. Δ G ist der Unterschied in der enthaltenen Energie zwischen Substraten und Produkten. Substrate Produkte Reaktionsverlauf freie Energie (G ) ð G E E Die unkatalysierte Reaktion erfordert eine höhere Aktivierungs­ energie … … als die katalysierte- Reaktion. Die Energiedifferenz zwischen Subst- raten und Produkten ist bei der unkata- lysierten und der katalysierten Reaktion genau gleich. Enzyme erleichtern den Ablauf von chemischen Reaktionen im Körper Nur zu Prüfzwecken – Eigentum des Verlags öbv