Lernziele
Am Ende dieses Abschnitts werden Sie in der Lage sein:
- Vergleichen Sie energieerzeugende Prozesse in verschiedenen Zelltypen.
Alle lebenden Organismen benötigen Energie, um ihre Lebensprozesse durchzuführen. Energie ist, wie du bereits im Kapitel über Enzyme gelernt hast, die Fähigkeit, Arbeit zu verrichten oder eine Veränderung zu bewirken. Du kennst oder hast viele Prozesse kennengelernt, die Energie benötigen können:
- Bewegung
- Reproduktion
- Aufrechterhaltung der Homöostase unter vielen verschiedenen Bedingungen
- Nahrungsaufnahme und -verdauung
- Proteinproduktion
Genauso wie Lebewesen ständig Nahrung aufnehmen müssen, um ihre Energievorräte aufzufüllen, müssen Zellen ständig mehr Energie produzieren, um die Energie aufzufüllen, die durch die vielen energieaufwendigen chemischen Reaktionen verbraucht wird, die ständig stattfinden. Alle chemischen Reaktionen, die in den Zellen ablaufen, einschließlich derjenigen, die Energie verbrauchen oder erzeugen, werden als Zellstoffwechsel bezeichnet.
Eine lebende Zelle kann keine nennenswerten Mengen an freier Energie speichern. Freie Energie ist Energie, die nicht in Molekülen gespeichert ist. Ein Überschuss an freier Energie würde zu einem Anstieg der Wärme in der Zelle führen, was Enzyme und andere Proteine denaturieren und die Zelle zerstören würde. Stattdessen muss eine Zelle in der Lage sein, Energie sicher zu speichern und sie nur bei Bedarf abzugeben. Lebende Zellen erreichen dies mit ATP, das zur Deckung des Energiebedarfs der Zelle verwendet werden kann. Und wie? Es funktioniert wie eine wiederaufladbare Batterie.
Wenn ATP abgebaut wird, wird Energie freigesetzt. Diese Energie wird von der Zelle genutzt, um Arbeit zu verrichten. Zum Beispiel liefert ATP bei der mechanischen Arbeit der Muskelkontraktion Energie, um die kontraktilen Muskelproteine zu bewegen.
ATP ist ein komplex aussehendes Molekül, aber für unsere Zwecke kann man es sich als wiederaufladbare Batterie vorstellen. ATP, die voll aufgeladene Form unserer Batterie, besteht aus drei Phosphaten (der „TP“-Teil von ATP bedeutet „Triphosphat“), die an einen Zucker und ein Adenin (den „A“-Teil von ATP) gebunden sind (Abbildung 1). Wenn das letzte Phosphat vom ATP abgespalten wird, wird Energie freigesetzt. Das Ergebnis ist ein einzelnes Phosphat und ein Molekül namens ADP („D“ steht für „di“, was zwei bedeutet).
Eine große Menge an Energie ist erforderlich, um ein Molekül ADP in ATP umzuladen. Diese Energie ist in der Bindung zwischen dem zweiten und dritten Phosphat gespeichert. Wenn diese Bindung gebrochen wird, wird die Energie so freigesetzt, dass die Zelle sie nutzen kann.