Regulation of Enzymatic Activity – Metabolism and Regulation

00:00 Fettsäuren, oder sogar Zucker nutzen, je nach Zelle.

00:01 Wie ich schon sagte, müssen die Zellen die Reaktionen kontrollieren, aber sie haben nicht die Mittel zur Verfügung, die Reaktionen in Bezug auf die Energie zu kontrollieren, denn das ist eines dieser Prinzipien des Universums, die die Zelle nicht verändern kann. Stattdessen möchte ich ein wenig über die Mechanismen sprechen, die Zellen haben, um Wege zu kontrollieren, aber bevor ich das tue, möchte ich einige Beispiele darüber nennen, wie wichtig das ist. In Zellen katalysieren Enzyme die ablaufenden Reaktionen.

00:24 Und Enzyme sind unglaublich mächtige Werkzeuge. Diese Enzyme können Reaktionen um ein Vielfaches beschleunigen im Vergleich zu den gleichen Reaktionen, die ohne das Enzym katalysiert werden. Einige Enzyme zum Beispiel, können eine Reaktion katalysieren, die schneller ist, aber in der Größenordnung von 180 Quadrillionen-fach schneller, als die gleiche Reaktion, die nicht katalysiert ist. Jetzt sind es 180 Billiarden Mal.

00:50 Eine Billiarde ist 10 bis 15 Mal schneller, eine wahnsinnige Geschwindigkeit, mit der eine Reaktion dank eines Enzyms durchgeführt wird. Wenn wir nun eine Analogie aus der realen Welt nehmen, möchte ich mir vorstellen, zum Lebensmittelgeschäft zu gehen. Wir können zum Lebensmittelladen laufen, wir können mit dem Fahrrad zum Einkaufen fahren oder wir können mit einem Indianapolis-Rennwagen zum Einkaufen fahren.

01:08 Wir werden viel schneller ankommen, wenn wir ein Indianapolis-Rennauto nehmen, aber die Wahrscheinlichkeit dass wir einen Unfall oder eine Kollision haben werden, ist sehr groß, wenn wir mit voller Geschwindigkeit fahren und das Tempo des Rennwagens zum Supermarkt steigt. Also die Kontrolle der Dinge in Bezug auf die Geschwindigkeit ist sehr, sehr wichtig und das ist wirklich das, was die Zellen versuchen, hier zu tun.

01:27 Den Zellen stehen also vier Mechanismen zur Verfügung, um enzymatische Reaktionen zu steuern. Der erste von diesen wird Allosterismus genannt. Allosterismus tritt bei einigen Enzymen auf, aber nicht bei allen Enzymen.

01:40 Aber diese Enzyme, die allosterisch kontrolliert werden, binden kleine Moleküle und die kleinen Moleküle werden das Enzym beeinflussen. Es wird sogar helfen, das Enzym in einigen Fällen schneller zu machen, also das Enzym zu aktivieren, oder in manchen Fällen das Enzym zu hemmen oder zu verlangsamen. In einigen Fällen kann es vollständig physisch ausgeschaltet werden. Ein zweiter Mechanismus, den Zellen nutzen, ist die kovalente Modifikation von Enzymen. Bei der kovalenten Modifikation von Enzymen kann es so aussehen, als würde man einfach nur die Funktion des Enzyms stoppen, aber in Wirklichkeit ist das Gegenteil der Fall. Wenn Sie in den Laden gehen und etwas kaufen, das zu Ihrem Schutz versiegelt wurde, können Sie nur so darauf zugreifen, wenn man die Verpackung öffnet, und so werden einige Enzyme in einer Form synthetisiert, die man Zymogene nennt, eine inaktive Form des Enzyms. Und zum Öffnen müssen Peptidbindungen an strategischen Stellen gebrochen werden, damit das Enzym aktiv werden kann. Andere kovalente Modifikationen, die an Enzymen durchgeführt werden, umfassen das Hinzufügen von Phosphat, die sogenannte Phosphorylierung oder die Entfernung desselben Phosphats, auch Dephosphorylierung genannt. Abhängig vom Enzym kann die Phosphorylierung das Enzym aktivieren oder inaktivieren und die Dephosphorylierung hat den gegenteiligen Effekt.

02:59 Die Zellen haben auch die Möglichkeit zu steuern, ob ein Enzym gebildet wird oder nicht.

03:04 Wir haben in anderen Modulen gesehen, wie wichtig die Genregulation, d.h. die Kontrolle der Transkription und Translation von spezifischen Proteinen ist und wenn Zellen das mit Enzymen machen, können sie diese physisch starten oder stoppen. Also ein gutes Beispiel für uns ist die Synthese von Glukose. In unserem Körper stellen nur spezialisierte Zellen Glukose her. Sie kommen hauptsächlich in unserer Leber und Niere vor. In anderen Zellen unseres Körpers wird keine Glukose hergestellt.

03:31 Und der Grund dafür, dass sie keine Glukose herstellen, ist, weil diese anderen Zellen unseres Körpers die Synthese eines Schlüsselenzyms, das für die Herstellung von Glukose essentiell ist, nicht beherrschen. Kann man dieses Enzym nicht herstellen, kann man Glukose nicht herstellen. Das letzte Werkzeug, das den Zellen zur Verfügung steht, um Stoffwechselwege zu kontrollieren, ist die Sequestrierung von Organellen. Dies ist ein Werkzeug in eukaryotischen Zellen, wie Mitochondrien. Mitochondrien sind von einer Membran umschlossen, um Dinge kontrolliert hinein und hinaus zu transportieren. Dies ist nicht so einfach, wie wenn die Edukte in der Suppe des Zytoplasmas herumschwimmen. Im Mitochondrium finden folgende Reaktionen statt: Der Citratzyklus, der Abbau, die Oxidation von Molekülen, während die Reaktionen der Glykolyse im Zytoplasma sequestriert werden. Diese beiden Stoffwechselwege kreuzen sich nicht leicht und die Moleküle, die in jedem Weg verwendet werden, müssen die Lipiddoppelschicht des Mitochondriums durchqueren, um verwendet werden zu können.