00:01
Um leben zu können, müssen Zellen Energie erzeugen
und diese Energie zur Herstellung von Molekülen verwenden.
00:07
Das ist die Funktion dessen, was wir Stoffwechsel nennen.
In dieser Präsentation werde ich Ihnen die
Prozesse des Katabolismus und Anabolismus und
Energiebetrachtungen im Hinblick auf
biochemischen Reaktionen sowie die
Regulierung dieser Mechanismen erläutern.
00:22
Zunächst muss ich einige Begriffe definieren. Katabolismus
ist ein Prozess, bei dem größere Moleküle, die
die Zelle aufnimmt, in kleinere Bestandteile zerlegt
werden. Sie können auf dem Bildschirm sehen, dass zum
Beispiel Proteine, Polysaccharide und Fette
jeweils in Aminosäuren,
Zucker und Fettsäuren zerlegt werden. Diese Vorläufer oder
diese Bausteine, werden zur Herstellung von
beispielsweise Muskel-, Nerven- oder Knochenmasse
benötigt.
00:48
Eine Vielzahl dieser Komponenten, die hergestellt werden, hat
einen gemeinsamen Punkt, auf den sie alle zulaufen, und as ist
Acetyl-CoA. Acetyl-CoA kann im Citratzyklus
leicht oxidiert werden, um ATP-Energie zu erzeugen.
01:01
Der Prozess der Oxidation erzeugt natürlich
Elektronen und diese Elektronen muss die Zelle
irgendwie unterbringen. Die Elektronen in den Zellen
werden auf Elektronenträger, entweder NAD+
oder FAD, übertragen.
Wenn NAD+ Elektronen und ein Proton aufnimmt,
wird es zu NADH, wie Sie in der Präsentation sehen können.
01:22
Der Prozess des Anabolismus ist im Wesentlichen das
Gegenteil des Katabolismus, d.h. kleinere Moleküle
werden zu Vorläufern aufgebaut und diese Vorläufer
werden zu den Bausteinen der einzelnen Körperteile wie etwa Muskelmasse gemacht.
01:33
Wir können hier zum Beispiel sehen,
dass die Vorläuferstoffe zu
Aminosäuren, Zuckern und Fettsäuren zur Herstellung von
Proteinen, Polysacchariden bzw.
01:43
Fetten aufgebaut werden. Weil dieser Prozess Energie benötigt,
ist ein ATP-Einsatz erforderlich und das erzeugte ATP
von den katabolen Prozessen wird verwendet, um die
Moleküle hier in den anabolen Prozessen herzustellen.
01:57
Der Anabolismus ist in der Regel reduktiv, d.h.
er benötigt Elektronen und damit Elektronenquellen,
um diese größeren Moleküle herzustellen.
Elektronenquellen gibt es in vielen Bereichen,
aber normalerweise kann NADH verwendet werden.
02:13
Wie ich bereits in der vorherigen Präsentation erwähnt habe,
werden Zellen von den Regeln des Universums bestimmt.
02:17
Sie können nicht die Art und Weise verletzen, in der Energie
verwendet und gespeichert wird, also müssen sie innerhalb
diese Zwänge agieren. Betrachten wir nun zum Beispiel,
was Zellen bei der Oxidation von Glukose tun müssen.
02:30
Dieser Stoffwechselweg ist als Glykolyse bekannt und
beinhaltet in der allerersten Reaktion
die Anlagerung eines Phosphats an Glukose. Wenn
die Zelle versuchen würde, einfach ein Phosphat
auf Glukose zu packen, würde es zu der Reaktion kommen,
die ganz oben dargestellt ist, wo Glukose
an ein Phosphat angefügt wird, wodurch ein Molekül entsteht, das als
Glucose-6-phosphat bekannt ist. Jetzt ist delta G
(ΔG0') für diese Reaktion +15 kJ pro Mol.
Es ist möglich, diese Reaktion ablaufen zu lassen, aber
dieser sehr positive ΔG0'-Wert stellt eine Art Hindernis
dar und macht es schwierig für die
Zelle, Glukose-6-Phosphat herzustellen. Anstatt also
zu versuchen, diese Reaktion übermäßig zu forcieren,
haben die Zellen eine weitere Alternative, die sie nutzen können,
um die Reaktion zu begünstigen. Die Überlegung,
die die Zellen haben, ist, dass sie eine
Energiequelle nutzen und die Energiequelle, die sie
haben, ist ATP. Nun kann ATP, wie Sie in der zweiten Zeile sehen können,
mit Wasser hydrolysiert werden, um
ADP plus Phosphat zu erzeugen. Nun ist das ΔG0' für diese
Reaktion sehr negativ, -31 kJ pro Mol.
03:37
Was die Zellen also tun, um die Barriere der
ersten Reaktion zu überwinden, ist, dass sie diese mit der
zweiten Reaktion koppeln. Wenn diese beiden Reaktionen
zusammengeführt werden,
wird die Reaktion insgesamt energetisch günstig.
In diesem Fall wird Glukose plus ATP verwendet, um
Glukose-6-Phosphat plus ADP erzeugen, und
für diese Reaktion beträgt ΔG0' -16 kJ pro
Mol, das ist die Summe der beiden vorherigen Reaktionen.
Durch die Paarung wird also eine Energie freisetzende Reaktion ausgelöst,
auch Kopplung
genannt, mit der Zellen Energiebarrieren überwinden können.