02. Stoffwechsel

• vernetzte Serie chemischer Reaktionen

• Beginnt oft mit einem Molekül und wandelt dies in andere Moleküle um

• Abfolge von Gekoppelten Reaktionen bezeichnet man als Stoffwechelweg

Stoffwechselklassen

1. Anabolismus: Stoffwechelwege, die Energie benötigen

2. Katabolismus: Stoffwechelwege, die Energie aus Brennstoffen in biologisch nutzbare Formen umwandeln

—> Stoffwechselwege können sowohl anabolisch als auch katabolisch sein, das nennt man amphibolisch

• Glucose wird in 10 aufeinander folgenden Reaktionen in Pyruvat abgebaut

• aus Pyruvat wird dann unter anaeroben Bedingungen Lactat, unter aeroben Bedingungen Acetyl-CoA

• Thermodynamik einer lebenden Zelle

• die Zelle bildet mit ihrer Umgebung ein geschlossenes System

• die Zunahme der intrazellulären Ordnung durch metabolische Reaktionen wird durch den Verlust extrazellulärer Ordnung überkompensiert

• Gibbs Hemholz-Gleichung: 𝛥G=𝛥H-T*𝛥S

• Stoffwechelwege müssen insgesamt thermodynamisch begünstigt sein (exergonisch), laufen also nur so lange ab, bis sich ein GGW einstellt

  —> 𝛥G<0

  —> ungünstige Reaktionen können durch günstige, gekoppelte Reaktionen begünstigt werden

  —> energiereich Verbindungen wie ATP können ungünstige Reaktionrn ermöglichen, indem durch deren Umsetzung Energie frei wird (Hydrolyse)

• ATP ist ein sehr effizienter Phosphorylgruppendonator

  —> Resonanzstabilisierung im Orthophosphat

  —> Elektostatische Abstoßung nimmt ab (ATP>ADP>AMP), wird also energetisch günstiger

  —> Stabilisierung durch Hydratation

• Durch Hydrolyse einer Phosphorsäure-anhydridbindung werden ADP und Phosphat aus ATP gebildet, dabei wird Energie für energetisch ungünstige Stoffwechselwege frei

• die Regeneration von ADP zu ATP wird an energetisch günstige Oxidation von Nährstoffen gekoppelt

• unmittekbarer Donator freier Enthalpie

• Halbwertszeit ca 1 min in einer Zelle

• 100g ATP im Körper, verbrauch von ca. 40 kg ATP in 24 Stunden

• 60 kg ATP wird in 2 Stunden joggen verbraucht

• ATP muss ständig regeneriert werden

• mit der Energie aus der Oxidation von Stoffen wird ein Protonengradient erzeugt, der dann die ATP-Synthase antreibt, die ATP synthetisiert

1. Abbau großer Moleküle

2. Umwandlung kleinere Moleküle in einfache Einheiten, vor allem Acetylgruppen

3. ATP Generierung furch Oxidation des Acetyls zu CO2 und oxidative Phosphorilierung (Atmungskette)

1. ATP: aktivierter carrier von Phosphorylgruppen

2. NAD+: ein aktiver Carrier von Elektronen (Akzeptor), es wird ein Hydridion aufgenommen (H-)

1. FAD: ein aktiver Carrier von Elektronen (Bildung der Doppelbindung setzt 2 H+e- frei)

1. Coenzym A: ein aktivieter Carrier von C2-Gruppen (Acetyl)

   —> Reaktion ist begünstigt

1. Vitamine als Coenzyme (vorallem Vitamin B!)

   —> Vitamin B5 (Pantothenat), Acylgruppenübertragung (Coenzym A), bei Mangel Bluthockdruck

   —> Vitamin B2 (Riboflavin), Oxidation-Reduktion, bei Mangel Dermatitis

   —> Vitamin B3 (Niacin), Oxidation-Reduktion

   —> Vitamin B6 (Pyridoxin), Übertragung von Gruppen auf oder an Aminosäuren, bei Mangel Depression, Verwirrtheit, Krämpfe

1. Redoxreaktionen

2. Ligation mit ATP Spaltung

3. Isomerisierung

4. Gruppenübertragung

5. Hydrolyse

6. Addition oder Abspaltung funktioneller Gruppen