Stoffwechsel bezieht sich auf jeden chemischen Prozess, der innerhalb oder zwischen Zellen abläuft. Es gibt zwei Arten von Stoffwechsel: Anabolismus, bei dem kleinere Moleküle synthetisiert werden, um größere zu bilden; und Katabolismus, bei dem größere Moleküle in kleinere zerlegt werden. Die meisten chemischen Reaktionen innerhalb von Zellen benötigen einen Katalysator, um in Gang zu kommen. Enzyme, bei denen es sich um große Proteinmoleküle im Körper handelt, bieten den perfekten Katalysator, da sie die Chemikalien in den Zellen verändern können, ohne sich selbst zu verändern.
Stoffwechsel erklärt
Metabolismus ist ein Überbegriff für jeden zellulären Prozess, der eine chemische Reaktion beinhaltet. Die Glykolyse ist ein Beispiel für einen katabolen zellulären Prozess; Dabei wird Glucose zu Pyruvat abgebaut. Wenn sich Sauerstoff und Wasserstoff am Ende der Elektronentransportkette zu Wasser verbinden, ist dies ein Beispiel für einen anabolen Prozess, bei dem sich kleinere Moleküle zu einem größeren Molekül verbinden.
Enzyme als Katalysatoren
Die meisten chemischen Reaktionen innerhalb von Zellen laufen nicht spontan ab. Stattdessen brauchen sie einen Katalysator, um sie zu starten. In vielen Fällen kann Wärme ein Katalysator sein, dies ist jedoch ineffizient, da Wärme nicht kontrolliert auf Moleküle aufgebracht werden kann. Daher erfordern die meisten chemischen Reaktionen die Interaktion mit einem Enzym. Enzyme binden sich mit bestimmten Reaktionspartnern, bis die chemische Reaktion stattfindet, und befreien sich dann. Die Enzyme selbst werden durch die chemische Reaktion nicht verändert.
Schloss-und-Schlüssel-Modell
Enzyme binden nicht wahllos an Moleküle; Stattdessen ist jedes Enzym so konzipiert, dass es nur an ein bestimmtes Molekül bindet, das als Substrat bekannt ist. Auf dem Substrat befindet sich eine gefaltete Gruppe von Polypeptidketten, die eine Furche bilden. Das richtige Enzym hat eine ähnliche Gruppe von Polypeptidketten, die es ihm ermöglichen, an das Substrat zu binden. Andere Enzyme enthalten Polypeptidketten, die nicht übereinstimmen.
1894 nannte der Wissenschaftler Emil Fischer dieses Modell Schloss-und-Schlüssel-Modell, weil Enzym und Substrat wie ein Schlüssel in einem Schloss zusammenpassen. Laut einer von Titan Education veröffentlichten Passage über den Stoffwechsel ist dies nicht ganz korrekt, da einige Enzyme am Ende des katalytischen Prozesses ungleichmäßig zerfallen.
Beispiel
Ein Beispiel für ein Enzym, das zum Schloss- und Schlüsselmodell passt, ist Saccharase. Saccharase enthält Polypeptidketten, die es ihr ermöglichen, an Saccharose zu binden. Sobald Saccharase und Saccharose binden, reagieren sie mit Wasser und Saccharose zerfällt in Glucose und Fructose. Das Enzym wird dann freigesetzt und kann wiederverwendet werden, um ein weiteres Saccharosemolekül abzubauen.
Ungleichmäßige Trennung
Pankreaslipase wirkt als Katalysator für den Abbau von Triglyceriden. Im Gegensatz zu Saccharose zerfallen Triglyceride nicht gleichmäßig in zwei Moleküle verschiedener Substanzen. Stattdessen zerfallen Triglyceride in zwei Monoglyceride und eine Fettsäure.