Der Stoffwechsel: Konzepte und Grundmuster

Abstract

Kapitelfahrplan 15.1 Der Stoffwechsel besteht aus vielen gekoppelten Reaktionen 15.2 ATP ist die universelle Währung der freien Enthalpie in biologischen Systemen 15.3 Die Oxidation von Kohlenstoffverbindungen ist für die Zelle eine wichtige Energiequelle 15.4 Stoffwechselwege enthalten viele wiederkehrende Muster D ie in früheren Kapiteln des Buches entwickelten Prinzipien von Konformation und Dynamik – besonders diejenigen, welche die Spezifität und katalytischen Eigenschaf-ten von Enzymen, die Regulation ihrer katalytischen Aktivität und den Transport von Molekülen und Ionen durch Membranen betreffen – versetzen uns nun in die Lage, zwei wichtigen Fragen der Biochemie nachzugehen: 1. Auf welche Weise gewinnen Zellen aus ihrer Umgebung Energie und Reduktionsäquiva-lente? 2. Wie synthetisieren Zellen die Bausteine ihrer Makromoleküle und dann die Makromole-küle selbst? Diese Prozesse werden durch ein ganzes Netzwerk aus voneinander abhängigen Reaktio-nen ausgeführt, das man allgemein als Stoffwechsel, Metabolismus oder Intermediärme-tabolismus bezeichnet. Selbst in einem so einfachen Organismus wie E. coli laufen mehr als tausend chemi-sche Reaktionen ab. Dieses Aufgebot mag auf den ersten Blick überwältigend erscheinen. Jedoch ergibt sich bei genauerer Betrachtung, dass der Stoffwechsel nach einem einheit-lichen Schema mit vielen gemeinsamen Prinzipien abläuft. Zu diesen Prinzipien gehören eine " Energiewährung " und das immer wiederkehrende Auftreten einer begrenzten An-zahl von aktivierten Zwischenprodukten. In der Tat spielen in allen Lebensformen etwa einhundert verschiedene Moleküle eine zentrale Rolle. Außerdem ist zwar die Anzahl von Reaktionen im Stoffwechsel groß, es gibt jedoch nur wenige Reaktionstypen, und die Me-chanismen dieser Reaktionen sind meistens recht einfach. Darüber hinaus werden Stoff-wechselprozesse häufig auf gleiche Weise reguliert. Dieses Kapitel soll in die allgemeinen Kolibris sind zu erstaunlichen Ausdauerleistungen fähig. Zum Beispiel kann der winzige Rubinkehlkolibri ge-nügend Brennstoff speichern, um den Golf von Mexiko zu überqueren, ohne zu rasten – eine Strecke von etwa 800 Kilometern. Dies ist möglich, da der Körper Brennstoffe in ATP, die Energiewährung der Zelle, umwandeln kann. Ein Modell dieser Verbindung ist links dargestellt. (Rechts: William Leaman/Alamy.)