Biochemische Grundlagen der Stoffwechselbiologie

Biomoleküle

Eine Reihe von Molekülgruppen agiert in allen Organismen als Nährstoffe und chemische Grundlagen für Stoffwechselreaktionen. Zu ihnen zählen die Lipide, die Kohlenhydrate, die Nukleinsäuren und die Proteine.

Lipide nennt man umgangssprachlich auch Fette. Organismen können sie zu Energiegewinnung nutzen und in ihnen kann besonders gut Energie gespeichert werden. Außerdem werden Fette bei vielen speziellen Zell- und Körperfunktionen benötigt. Zum Beispiel bilden Phospholipide die Zellmembranen. Kohlenhydrate sind ein wichtiger Nährstoff. Sie bestehen aus vielen Zuckermolekülen. Nach der Aufspaltung können sie direkt von Mitochondrien zu Energiegewinnung genutzt werden. In Pflanzenzellen bildet das Kohlenhydrat Cellulose außerdem die Zellwand. Auf Nukleinsäuren wird die Erbinformation gespeichert. Man unterscheidet hauptsächlich zwischen der Desoxyribonukleinsäure, kurz DNS, und der Ribonukleinsäure, kurz RNS. Die DNS befindet sich in den meisten Prokaryoten und in den Zellkernen der Eukaryoten. Aus ihr besteht unser Genom. Die RNS wird von manchen Prokaryoten auch als Speicher der Erbinformation genutzt. Sie spielt aber in allen Organismen eine wichtige Rolle in der Proteinbiosynthese. Es gibt verschiedene Formen der RNS, denn sie ist flexibler als die DNS. Proteine sind lange Ketten aus Aminosäuren. Sie haben die unterschiedlichsten Funktionen im Stoffwechsel. Sie agieren zum Beispiel als Enzyme, als Transportproteine, oder als Membranproteine. Transportproteine können sich variabel verlängern oder verkürzen und so in der Zelle andere Moleküle transportieren. Solche Proteine sind auch zum Beispiel Aktin und Myosin in unseren Muskelzellen. Sie bewirken, dass sich unsere Muskeln zusammenziehen können. In der Zellmembran fungieren Proteine als Tunnel durch die Membran. Sie steuern welche anderen Moleküle in die Zelle oder herausgeschleust werden.

Enzyme

Enzyme sind Biokatalysatoren, welche unseren gesamten Stoffwechsel steuern. Ein Katalysator ermöglicht es, Reaktionen schneller abzulaufen, indem er die Aktivierungsenergie der Reaktion herabsetzt. Dabei wird er selbst nicht verbraucht und ist nach der Reaktion noch unverändert vorhanden. Enzyme sind immer Proteine, aber wie du schon erfahren hast, sind nicht alle Proteine Enzyme. Jedes Protein, welches als Enzym funktioniert, besitzt ein aktives Zentrum, an dem ein anderes Molekül andocken kann. Dabei kann immer nur genau ein bestimmtes Molekül im aktiven Zentrum binden. Das nennt man Schlüssel-Schloss-Prinzip oder auch Substrat-Spezifität. Als Substrat wird das an das Enzym bindende Molekül bezeichnet, welches in der anschließenden enzymatischen Reaktion umgesetzt wird. Enzyme sind allerdings nicht nur substratspezifisch. Sie katalysieren nämlich nach der Bindung des Substrates nur genau eine bestimmte Reaktion. Sie sind also auch reaktionsspezifisch. Viele wichtige Reaktionen in der Zelle oder einem Organismus können ohne Enzym nicht ablaufen, über die Enzymreaktionen können also Stoffwechselprozesse gesteuert und reguliert werden.