Enzyme und Stoffwechselvorgänge in Zellen

Enzyme und Stoffwechselvorgänge

Enzyme

Zellen kontrollieren chemische Reaktionen mithilfe von Enzymen. Enzyme sind Proteine, die als Katalysatoren wirken und die Geschwindigkeit chemischer Reaktionen in Zellen beschleunigen, ohne dabei selbst verbraucht oder verändert zu werden. Enzyme wirken auf spezifische Substanzen, die Substrate genannt werden. Die Namen der Enzyme leiten sich oft von ihren Substraten ab, indem die Endung "-ase" angehängt wird (z. B. Maltase für Maltose, Laktase für Laktose).

Denaturierung von Proteinen

Proteine können durch hohe Temperaturen denaturiert werden, wodurch ihre molekulare Struktur zerstört wird.

Stoffwechseltypen

• Fotolithotroph: Energiequelle: Licht; Kohlenstoffquelle: CO₂ (z. B. höhere Pflanzen, Algen, Cyanobakterien)
• Fotoorganotroph: Energiequelle: Licht; Kohlenstoffquelle: organische Verbindungen (z. B. einige Bakterien)
• Chemolithotroph: Energiequelle: chemische Reaktionen; Kohlenstoffquelle: CO₂ (z. B. nitrifizierende Bakterien)
• Chemoorganotroph: Energiequelle: chemische Reaktionen; Kohlenstoffquelle: organische Verbindungen (z. B. Tiere, Pilze, Protozoen, Bakterien)

Enzymklassen

• Oxidoreduktasen: Katalysieren Oxidations- und Reduktionsreaktionen (z. B. Dehydrogenasen)
• Transferasen: Übertragen funktionelle Gruppen (z. B. Transaminasen, Kinasen)
• Hydrolasen: Wirken bei der Verdauung von Nahrungsmitteln (z. B. Glucosidasen, Lipasen)
• Isomerasen: Katalysieren die Umwandlung von Molekülen in ihre Isomere (z. B. Epimerasen)
• Lyasen: Katalysieren Reaktionen, bei denen Gruppen (z. B. H₂O, CO₂, NH₃) abgespalten werden (z. B. Decarboxylasen)
• Ligasen: Katalysieren die Bildung von Bindungen unter Verwendung von Energie aus ATP (z. B. Synthetasen, Carboxylasen)

Das Substrat bindet an das aktive Zentrum des Enzyms und bildet einen Enzym-Substrat-Komplex. Das Enzym wandelt das Substrat in Produkte um, die dann freigesetzt werden.

Krebszyklus

Der Krebszyklus ist ein zentraler Stoffwechselweg in aeroben Zellen, der zur vollständigen Oxidation von Kohlenhydraten, Fetten und Proteinen dient. Er produziert auch Zwischenprodukte, die als Vorstufen für Biosynthesereaktionen dienen. Im Krebszyklus wird Acetyl-CoA zu Kohlendioxid oxidiert, und die dabei freigesetzten Elektronen werden zur Bildung von NADH und FADH₂ verwendet, die in der Atmungskette zur ATP-Synthese verwendet werden.

Elektronentransportkette (Atmungskette)

Die Atmungskette ist die letzte Phase der Zellatmung. Elektronen von NADH und FADH₂ werden durch eine Reihe von Proteinkomplexen in der inneren Mitochondrienmembran transportiert. Dabei wird Energie freigesetzt, die zur Synthese von ATP verwendet wird. Der letzte Elektronenakzeptor ist Sauerstoff, der zu Wasser reduziert wird.

Fermentation

Fermentation ist ein anaerober Stoffwechselweg, der zur Regeneration von NAD⁺ dient, das in der Glykolyse verbraucht wird. Es gibt verschiedene Arten der Fermentation, darunter die Milchsäuregärung und die alkoholische Gärung.

Glukoneogenese vs. Glykolyse

Die Glukoneogenese ist die Synthese von Glukose aus Nicht-Kohlenhydrat-Vorstufen. Sie unterscheidet sich von der Glykolyse in einigen Schritten.

Glykogenese

Die Glykogenese ist die Synthese von Glykogen aus Glukose. Sie findet in Muskeln und Leber statt.

Fettsäuresynthese

Die Fettsäuresynthese unterscheidet sich vom Fettsäureabbau.