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7.1: Was ist Stoffwechsel?
INHALTSVERZEICHNIS

 

PROTOKOLLE

7.1: Was ist Stoffwechsel?

Überblick

Der Stoffwechsel repräsentiert die chemischen Aktivitäten in einer Zelle in ihrer Gesamtheit. Dazu gehören Reaktionen, die Moleküle aufbauen (Anabolismus) und der Reaktionen, die Moleküle abbauen (Katabolismus). Anabolische Reaktionen benötigen Energie, während katabolische Reaktionen diese bereitstellen. Der Stoffwechsel beschreibt also, wie Zellen Energie durch eine Vielzahl von chemischen Reaktionen umwandeln. Diese Reaktionen werden oft mit Hilfe von Enzymen effizienter gemacht.

Der Stoffwechsel ist die Summe aller chemischen Reaktionen, die in einem Organismus ablaufen

DerStoffwechsel ist die Energiehaushaltung der Zellen und besteht aus drei wesentlichen Schlüsselfunktionen:

  1. Umwandlung von Nahrung in Energie, um verschiedene Zellprozesse zu betreiben,
  2. Erzeugung von Energie für den Aufbau von Zellkomponenten, und
  3. Abfallentsorgung.

Um Energie zu produzieren, müssen Makromoleküle aus der Nahrung durch einen katabolischen Weg in kleinere Moleküle aufgespalten werden. Dies geschieht durch den katabolischen Stoffwechselweg. Das wiederum liefert Energie, um größere Moleküle aus kleineren Bausteinen zu konstruieren, was über den anabolen Stoffwechselweg geschieht. Die in der Nahrung gespeicherte, potenzielle chemische Energie kann also in kinetische Energie umgewandelt werden. Diese chemische Energie wird in Form von Bindungen gespeichert und in Form der kinetischen Energie dann für zelluläre Reaktionen genutzt. Enzyme sind wesentliche molekulare Werkzeuge in den Stoffwechselwegen. Sie beschleunigen viele chemische Reaktionen erheblich, indem sie die benötigte Energie für jene Reaktion deutlich reduzieren.

< h4>Katabolische Pfade bauen Moleküle ab und setzen Energie frei

Katabolismus ist der Abbau von Makromolekülen für eine Vielzahl von Zwecken. Dazu gehört auch der Abbau von Nahrungsmolekülen in kleinere Moleküle, die als Bausteine verwendet werden können. Bei diese, Prozess wird Energie freigesetzt und in Form von ATP gespeichert. Die Proteinverdauung ist ein Beispiel für den Katabolismus. Damit der Körper durch die Nahrung aufgenommene Proteine verwerten kann, müssen sie von großen Eiweißmolekülen in kleinere Polypeptide und dann in einzelne Aminosäuren zerlegt werden.

Überschüssige Aminosäuren, die zur Entsorgung abgebaut werden, setzen stickstoffhaltiges Ammoniak frei. Dieses Ammoniak ist in hohen Konzentrationen giftig und muss daher in einen sicherere Form umgewandelt werden, welche von Organismen verarbeitet und entsorgt werden kann. Beim Menschen wird Ammoniak mit Kohlendioxid verbunden und in Harnstoff umgewandelt, bevor es in Form von Urin aus dem Körper ausgeschieden wird. Andere Organismen verwenden andere Arten von stickstoffhaltigen Abfällen. Vögel oder Reptilien scheiden z.B. Harnsäureaus. Im Vergleich zu Harnstoff benötigt Harnsäure viel weniger Wasser, um aus dem Körper freigesetzt zu werden, und hat daher unter bestimmten Bedingungen einen Adaptionswert.

Anabolische Bahnen synthetisieren komplexe Moleküle

Anabolische Bahnen konstruieren größere Moleküle aus kleineren Bausteinmolekülen unter Einsatz von Energie (in Form von ATP). Beim Protein-Anabolismus werden zum Beispiel Aminosäuren zu Polypeptiden aneinandergereiht. Die synthetisierten Polypeptide falten sich dann zu dreidimensionalen Proteinstrukturen. Überschüssige Aminosäuren können zur Herstellung von Triglyceriden verwendet und als Fett gespeichert werden, oder sie werden in Glucose umgewandelt und zur Herstellung von ATP verwendet. Somit sind sowohl der anabole als auch der katabole Weg für die Aufrechterhaltung des Energiegleichgewichts notwendig.

Ein weiteres, weniger bekanntes Beispiel für Anabolismus ist die Produktion von kondensierten Tanninen in den Samen. Samen, die von Tieren gefressen werden, können vor der Verdauung geschützt werden, wenn ihre Samenhüllen dunkel gefärbte, kondensierte Tannine enthalten. Pflanzen produzieren Tannine durch die Verknüpfung von Anthocyan-Molekülen, indem sie sich die gleichen Dehydratisierungsreaktionen zu Nutze machen, die zur Bildung von Polypeptiden verwendet werden.


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