VL9 Membrantransport

• Stoffwechsel (Metabolismus)


  Gesamtheit der chemischen Reaktion in lebenden Zellen
• Metabolite


  Kleine Moleküle, die Zwischenprodukte beim Abbau oder der Biosynthese von Biopolymeren darstellen
• Intermediärstoffwechsel


  Reaktionen mit Molekülen geringen Molekulargewichts
• Anabolismus und Katabolismus


  Zwei Hauptgebiete des Stoffwechsels, die Freie Enthalpie für verschiedene Funktionen nutzen und verbrauchen
• Anabole Reaktionen


  Verantwortlich für die Synthese aller Verbindungen, die für die Erhaltung, das Wachstum und die Reproduktion der Zellen notwendig sind
• Biosynthesereaktion


  Erzeugen einfache Metabolite wie Aminosäuren, Kohlenhydrate, Coenzyme, Nucleotide und Fettsäuren sowie größere Moleküle wie Proteine, Polysaccharide, Nucleinsäuren und komplexe Lipide
• Anabolismus


  Teil des Stoffwechsels, in dem Biomolekülen aus einfacheren Bausteinen aufgebaut werden
• Katabolismus


  Abbau großer Moleküle, wobei Energie und kleine Moleküle freigesetzt werden
• Abbaureaktionen


  Teil des normalen Zellstoffwechsels, bei dem kleine Moleküle zu anorganischen Produkten abgebaut werden
• Einige Organismen sind auf katabole Reaktionen als einzige Energiequelle angewiesen
• Der Katabolismus ist also der Teil des Stoffwechsels, in dem Nahrungs- und Zellbestandteile in ihre Grundbausteine zerlegt werden und/oder Freie Enthalpie gebildet wird.
• Sonnenenergie ist die Hauptquelle für Stoffwechselenergie in photosynthetischen Bakterien und Pflanzen.
• Anabole Reaktionen nutzen kleine Moleküle und chemische Energie zur Synthese von organischen Molekülen und zur Durchführung zellulärer Arbeit
• Homogenität der Biochemie


  Trotz der enormen Vielfalt an Spezies und Zelltypen ist die Biochemie lebender Zellen bemerkenswert homogen.
• Die chemische Zusammensetzung und Struktur zellulärer Komponenten ist erstaunlich einheitlich.
• Auch die Stoffwechselreaktionen, durch die diese Komponenten modifiziert werden, sind ähnlich.
• Escherichia coli


  Besitzt etwa 900 Gene für Enzyme des Intermediärstoffwechsels und etwa 130 Stoffwechselwege.
• Mycobacterium tuberculosis


  Hat etwa 250 Enzyme für den Fettsäuremetabolismus, fünfmal mehr als E. coli.
• Saccharomyces cerevisiae


  Enthält 5900 proteincodierende Gene, davon 1200 für Enzyme des Intermediär- und Energiestoffwechsels.
• Menschen


  Geschätzte 5000 Enzyme bei etwa 25000 Genen im menschlichen Genom
• Fruchtfliege (Drosophila melanogaster):


  Genom enthält 14.100 Gene, 2.400 Gene (ca. 17%) sind am Intermediärstoffwechsel und an bioenergetischen Reaktionen beteiligt.
• Nematode (Caenorhabditis elegans)


  Genom codiert 19.100 Proteine, 5.300 Proteine (ca. 28%) sind den verschiedenen Reaktionswegen des Intermediärstoffwechsels zugeordnet.
• Gemeinsamkeiten aller Organismen

  • Interne Konzentrationen
  • Energiequellen
  • Genom
  • Umweltindikatoren
  • Stoffumsatz
• Gemeinsamkeit Interne Konzentrationen


  Organismen halten spezifische interne Konzentrationen von Ionen, Metaboliten und Enzymen aufrecht
• Gemeinsamkeit Energiequellen


  Organismen beziehen Energie aus externen Quellen, z.B. durch Photosynthese oder Katabolismus.
• Gemeinsamkeit Genom


  Die Stoffwechselwege eines Organismus werden durch seine Gene bestimmt.
• Gemeinsamkeit Umweltindikatoren


   Zellen passen ihre Aktivitäten an die Verfügbarkeit von Energie an.
• Gemeinsamkeit Stoffumsatz


  Zellkomponenten werden kontinuierlich synthetisiert und abgebaut4.
• Das Genom eines Organismus bleibt ein Leben lang gleich. Je nach Entwicklungsstadium ändern sich aber die Genprodukte, die Proteine, die in letzter Konsequenz den Stoffwechsel eines Organismus bestimmen.

  --> Unterschiedliche Genexpression, aber gleiches Genom ein Leben lang
• In den meisten Zellen laufen Hunderte bis tausende verschiedene Reaktionen ab
• Übersicht kataboler Stoffwechselwege


  Aminosäuren, Nucleotide, Monosaccharide und Fettsäuren werden durch die enzymatische Hydrolyse der entsprechenden Polymere gebildet. Sie werden dann in Oxidationsreaktionen weiter abgebaut, wobei die frei werdende Energie in Form von ATP und reduzierten Coenzymen (meist NADH) zwischengespeichert wird.
• Übersicht anaboler Stoffwechselwege


  Aminosäuren, Nucleotide, Monosaccharide und Fettsäuren werden durch die enzymatische Hydrolyse der entsprechenden Polymere gebildet. Sie werden dann in Oxidationsreaktionen weiter abgebaut, wobei die frei werdende Energie in Form von ATP und reduzierten Coenzymen (meist NADH) zwischengespeichert wird.
• Essenzielle Elemente


  Alle Zellen benötigen externe Quellen für Kohlenstoff, Sauerstoff, Wasserstoff, Stickstoff, Phosphor und Schwefel sowie einige anorganische Ionen
• Autotrophe Organismen


  Pflanzen und viele Bakterien können diese essenziellen Elemente aus anorganischen Quellen beziehen.
• Heterotrophe Organismen


  Organismen, die organische Moleküle wie Glucose als Kohlenstoffquelle benötigen. Alle Tiere sind heterotroph.
• Photoautotrophe Organismen


   Erzeugen ihre Stoffwechselenergie durch Photosynthese und nutzen CO2 als Hauptkohlenstoffquelle.
• Chemoautotrophe Organismen


  Gewinnen ihre Energie durch die Oxidation anorganischer Moleküle und nutzen ebenfalls CO2 als Hauptkohlenstoffquelle.
• Photoheterotrophe Organismen


  Benötigen eine organische Verbindung als Kohlenstoffquelle, beziehen ihre Energie aber aus der Photosynthese.
• Chemoheterotrophe Organismen


  Betreiben keine Photosynthese und gewinnen ihre Energie durch den Abbau importierter organischer Moleküle.
• Stoffwechselwege


  Ein Stoffwechselweg ist eine Serie von Reaktionen, bei denen das Produkt einer Reaktion das Substrat der nächsten wird. Diese Wege können linear, zyklisch oder spiralförmig sein.