EL-MO Elemente und Moleküle, Schulbuch

KM-8: Chemische Grundlagen des Lebens Energieträger ATP 283 283 10.2 Biochemische Reaktionen – beteiligte Coenzyme Auch wenn bei den folgenden Kapiteln selten auf die entsprechenden Enzyme eingegangen wird, muss klar sein, dass keine biochemische Reaktion ohne Enzym ablaufen kann, schon deshalb, da alle Reaktionen bei Körpertemperatur mög- lich sein müssen. Sind die Enzyme für jede einzelne Reaktion verschieden, so sind die Coenzyme, die an den Reaktionen beteiligt sind, für viele Reaktionen die gleichen. ATP Das am häufigsten eingesetzte Coenzym ist ATP. Es ist das energetische Kleingeld, also die „Münzen“ aus unserem Ver- gleich von der Anfangsseite des Kapitels. Bei jedem Prozess, bei dem Energie benötigt wird, wird ATP eingesetzt. Ein ATP-Molekül besteht aus der heterocyclischen Stickstoff -verbindung Adenin , die mit Ribose verknüpft ist. Dieses Mo- lekül nennt man Adenosin . Das Adenosin ist am 5. C-Atom der Ribose mit Phosphorsäure verestert, wobei eine oder zwei oder drei Phosphorsäuremoleküle verknüpft sein können. Je nach Anzahl der verknüpften Phosphorsäuren unterscheidet man zwischen Adenosinmonophosphat (AMP), Adenosindi- phosphat (ADP) und Adenosintriphosphat (ATP). ATP ist von diesen drei Molekülen das energiereichste Molekül – AMP das energieärmste. Die Bezeichnung energiereich bzw. energiearm ist irreführend. Die Bindungen sind keineswegs stark, sondern eher labil. Da alle drei Phosphatgruppen in biologischen Sys- temen negativ geladen sind und dicht beieinander gedrängt liegen, stoßen sie einander ab, vergleichbar einer gespannten Feder. ATP kann eine Phosphatgruppe (zu ADP) unter Energie- freisetzung abgeben, und dabei Reaktionen erzwingen, die nicht von selbst ablaufen, zB weil sie endotherm sind. Hier wird meist ein Reaktionspartner durch ATP phosphoryliert, also zB eine Alkoholgruppe mit einer Phosphatgruppe des ATP in einen Phosphorsäureester umgewandelt. Dieser ist nun energetisch auf höherem Niveau und daher reaktionsfreudi- ger. Er geht nun die Reaktion ein, die ohne Phosphorylierung nicht abgelaufen wäre (Abb. 283–2). Liefert die Abspaltung einer Phosphatgruppe zu wenig Energie, so kann auch eine Diphosphatgruppe (zu AMP) abgespalten werden, womit noch stärker endotherme Reaktionen erzwungen werden können. Das gebildete AMP reagiert dann mit einem weiteren ATP zu zwei ADP. ATP benötigt man auch für die Muskelkontraktion, für die Bereitstellung von Körperwärme, für den Transport von Subs- tanzen in der Zelle, wenn dieser nicht von selbst geht, also zB gegen ein Konzentrationsgefälle (siehe Info). Die Hauptquelle von ATP ist die Stufe 4 des Stoffwechsels, die Atmungskette. Dort wird das verbrauchte ATP, das nun als ADP vorliegt, wieder phosphoryliert. Durch diesen stetigen Auf- und Abbau werden pro Tag von einem Erwachsenen ca. 40 kg ATP gebildet, obwohl der Organismus nur ca. 10 g davon enthält. Wenn die Atmungskette nicht funktioniert (zB wegen Blockierung der Enzyme durch Giftstoffe), so ist der ATP-Vorrat der Zellen nach wenigen Sekunden verbraucht und alle Reak- tionen kommen zum Erliegen. Abb. 283–1: Von ATP zu ADP und retour ATP ADP P O N H 2 C P O O O O P O O H C C C O C H O O H H H H N C C N HC N CH N CH 2 O O O O P O O O O N H 2 C P O O O O P O O H C C C O C H O O H H H H N C C N HC N CH N CH 2 P O O O O Abb. 283–2: Energielieferung für eine Reaktion durch ATP A+B AB + P (ATP) (ADP) A– P +B Energie Reaktionsverlauf A+B A keine Reaktion Energie Reaktionsverlauf A– PPP A– PP Zucker im Tee löst sich auf und bildet auf Grund der hö- heren Dichte am Boden eine konzentrierte Lösung, nach oben hin ist die Lösung verdünnter (Konzentrationsgefäl- le). Dies gleicht sich mit der Zeit auch ohne Umrühren von selbst aus, entsteht aber nicht von selbst. In den Zellen muss in vielen Fällen ein Konzentrationsgefälle erzeugt werden. Die Reizleitung in den Nervenzellen funktioniert zB durch ein Konzentrationsgefälle zwischen Na + -Ionen (außerhalb der Nervenzelle) und K + -Ionen (innerhalb der Nervenzelle). Durch ihre unterschiedliche Zahl entsteht eine elektrische Spannung an der Zellmembran. Dieses Konzentrationsgefälle wird durch ATP-Verbrauch erzeugt (Na–K-Pumpe). Den Transport gegen ein Konzentrations- gefälle nennt man auch aktiven Transport. zum „Konzentrationsgefälle“ Nur zu Prüfzwecken – Eigentum des Verlags öbv