Grundlagen des Stoffwechsels und der Enzymatik

Der Stoffwechsel

Der Stoffwechsel ist die Summe aller physikalischen und chemischen Veränderungen, die innerhalb der Zellen eines Organismus auftreten. Er führt zur Energieumwandlung, Zellreproduktion und zur Wartung der Zellsubstanz. Die Genauigkeit und Durchführung dieser Prozesse wird durch die Existenz von Enzymen, sogenannten Katalysatoren, ermöglicht.

Anabolismus

Der Anabolismus, oder konstruktive Stoffwechsel, entspricht den Reaktionen der Synthese oder Verarbeitung komplexer Verbindungen aus einfacheren Verbindungen, wie beispielsweise die Synthese von Proteinen aus Aminosäuren. Diese Art der Reaktion ist endergonisch, das heißt, sie benötigt Energie, führt zu Zellwachstum, der Generierung neuer Zellen oder deren Aufrechterhaltung.

Katabolismus

Der Katabolismus, oder destruktive Stoffwechsel, entspricht den Abbaureaktionen komplexer Verbindungen, die zur Freisetzung einfacher Verbindungen führen. Ein Beispiel ist der Abbau von Proteinen durch Lysosomen, wobei Aminosäuren gewonnen werden. Diese Art der Reaktion ist exergonisch, das heißt, sie setzt Energie frei. Der Katabolismus kann die Körpertemperatur aufrechterhalten.

Anabolismus und Katabolismus müssen im Gleichgewicht stehen. Überwiegt einer der beiden Prozesse, entsteht eine Disharmonie im Körper.

Enzyme und Katalyse

Enzyme beschleunigen Reaktionen um das 1.000- bis 10.000-fache. Sie senken die benötigte Aktivierungsenergie. Die meisten Enzyme sind Proteine, es gibt jedoch auch eine Art von RNA, die als Enzym fungiert. Enzyme wirken bei einem spezifischen pH-Wert.

Katalysieren

Die Katalyse fungiert als „Gaspedal“ einer chemischen Reaktion, indem sie die Reaktionsgeschwindigkeit beschleunigt und die zur Auslösung der Reaktion benötigte Aktivierungsenergie senkt. Während enzymatische Reaktionen im Körper bei 37 Grad Celsius ablaufen, wären ohne Enzyme 1.000 Grad erforderlich.

Substrate

Substrate sind Moleküle, auf die Enzyme einwirken. Sie bestehen aus Atomen, die dreidimensional angeordnet sind. Das Enzym bindet das Substrat in seinem aktiven Zentrum. Dabei passen sich diese Bereiche an das Substrat an (induced fit).