Stoffwechsel und Anabolismus

Stoffwechsel

• Der Stoffwechsel ist die Gesamtheit aller chemischen Reaktionen im Körper.
• Er besteht aus zwei Hauptprozessen: Katabolismus und Anabolismus.
• Katabolismus: Abbau von organischen Verbindungen, Energiegewinnung.
• Anabolismus: Aufbau von Zellmaterial, Energieverbrauch.

Anabolismus

• Der Anabolismus ist der Aufbauprozess.
• Er benötigt Energie.
• Monomere sind die Bausteine von Polymeren.
• Monomere müssen vom Organismus aufgenommen oder synthetisiert werden.
• Die Energie für den Anabolismus wird durch ATP oder protonenmotorischer Kraft bereitgestellt.
• Wachstum durch Anabolismus (Assimilation, Biosynthese) ist an Katabolismus (Dissimilation, Mineralisierung) gekoppelt.
• Eine Ausnahme sind Lithoautotrophe, die ihre Biomasse aus anorganischen Vorstufen aufbauen.
• Vier Ebenen des Anabolismus existieren:
  • Bildung von Vorstufen und Reduktionsäquivalenten
  • Aufbau von Monomeren
  • Aufbau von Makromolekülen
  • Aufbau von Zielstrukturen.

Katabolismus

• Der Katabolismus ist der Abbauprozess.
• Er setzt Energie frei.
• Alle verwerteten Substrate werden einigen Stoffwechselprozessen zugeführt.

Stoffwechselprozesse

• Viele Bakterien können mit einem einzigen Substrat wachsen, aus dem alle Zellbausteine gebildet werden können.
• Divergenter Anabolismus: Etwa 2000 verschiedene Reaktionen und komplexe Regulationsmechanismen.
• Konvergenter Katabolismus: Alle verwerteten Substrate werden einigen Stoffwechselprozessen zugeführt.

Zucker und Polysaccharide

• Polysaccharide sind Schlüsselbestandteile der Zellwände.
• Zellen speichern Kohlenstoff- und Energiereserven in Form von Polysacchariden(Glykogen, Stärke).
• Monomere von Polysacchariden bestehen aus Zuckern mit 6 Kohlenstoffatomen (Hexosen) oder 5 Kohlenstoffatomen (Pentosen).
  • Beispiele: Glucose, Ribose, Desoxyribose.

Gluconeogenese

• Gluconeogenese ist die Umkehrung der Glykolyse (Aufbau von Glucose).
• Phosphoenolpyruvat + CO2 sind Zwischenprodukte und Ausgangsprodukte in der Gluconeogenese.
• Glucose-6-P wird in der Gluconeogenese umgewandelt.

Glykogen

• Von Glucose zu Glykogen:
  • Glucose-6-P wird in Glucose-1-P umgewandelt.
• Aktivierung des Zuckers: Glucose-1-P wird durch UTP in UDP-Glucose umgewandelt.
• UDPG ist ein „aktiviertes Zucker“ Schlüsselmolekül für die Transformation von Glukose in andere Zucker.
• UDPG wirkt vor allem bei der Biosynthese von Glucosederivaten wie N-Acetylglucosamin.

Pentosen

• Pentosen entstehen durch die Abspaltung eines Kohlenstoffatoms von einer Hexose.
• Ribose-5-Phosphat ist eine Vorstufe für die Synthese von Nucleotiden und Nukleotidcoenzymen.
• Ribonukleotidreduktase wandelt Ribose in Desoxyribose um.

Aminosäuren

• Aminosäuren sind Grundbausteine von Proteinen.
• Sie enthalten eine Aminogruppe und eine Carboxylgruppe.
• Aminosäuren können hydrophob, hydrophil, sauer oder basisch sein.
• Es gibt aromatische Aminosäuren.
• Bakterien synthetisieren alle Aminosäuren, Menschen synthetisieren die "roten" Aminosäuren nicht.
• Aminosäuren werden aus Zwischenprodukten hergestellt.
• Vorstufen stammen aus dem Citronensäurezyklus, der Glykolyse oder dem Pentosephosphatweg.

Nukleotide

• Nukleotide sind die Bausteine von DNA und RNA.
• Sie dienen als chemische Energiespeicher und Kofaktoren.
• Beispiele für Nukleotide: UDP-Glucose, NAD, FAD, CoA.
• Purine und Pyrimidine sind wichtige Bestandteile von Nukleotiden.

Molekularer Aufbau von Nukleotiden

• Nukleotide bestehen aus einem Phosphat, einer Pentose und einer Base (Purin oder Pyrimidin).

Biosynthese von Nukleotiden

• Komplexe Vorläufer bestehen aus verschiedenen Kohlenstoff- und Stickstoffquellen.
• Purine und Pyrimidine werden aus einzelnen Vorläufern zusammengesetzt.

Ribonukleotide

• Adenylate, Guanylate, Uridylate und Cytidylate sind wichtige Ribonukleotide.

Desoxyribonukleotide

• Desoxyribonukleotide sind die Bausteine von DNA und werden aus Ribonukleotiden hergestellt.