Pharmazeutische Biologie Grundlagen der Biochemie

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1 Pharmazeutische Biologie Grundlagen der Biochemie A Enzyme E1 E2 E3 E4 Biosynthese A B C D E B E7 E2 E6 E1 E3 E5 E4 C E1 E2 E5 E4 Prof. Dr. Theo Dingermann Institut für Pharmazeutische Biologie Goethe-Universität Frankfurt Dingermann@em.uni-frankfurt.de

2 Stoffliche Hierarchie einer Zelle Zelle Kern Mitochondrien Chloroplasten Endoplasmatisches Retikulum Ribosomen Cytoplasmamembran Tonoplast Zellwände Biomasse Nukleinsäuren Proteine Polysaccharide Lipide Mononukleotide Aminosäuren einfache Zucker Fettsäuren, Glycerin Metaboliten Ribose, Carbamylphosphat Phosphoenolpyruvat, α-ketosäuren Malat Acetat, Malonat CO 2 H 2 O N 2 Resourcen

3 Grundzüge des zellulären Stoffwechsels Primärstoffwechsel: in den drei Teilbereichen des Stoffwechsels ablaufende, lebensnotwendige Reaktionen ist in allen Lebewesen prinzipiell gleich und bildet einen Bestandteil der lebenden Zelle integralen Sekundärstoffwechsel: besondere Biosyntheseleistungen, die nicht ubiquitär und überwiegend nicht essentiell sind Sekundärstoffe sind stets aus primären Reaktionsabfolgen ableitbar, unterscheiden sich aber stark in ihrer endgültigen Struktur von den Primärstoffen; sie werden oft nur zu bestimmten Entwicklungsphasen oder in bestimmten Zelltypen eines Lebewesens hergestellt

4 Grundzüge des zellulären Stoffwechsels Anabolismus: Biosynthesevorgänge zur Bildung von Glukose, Polysacchariden, Lipiden, Aminosäuren, Proteinen, Nukleinsäuren, Steroiden usw. die notwendige chemische Energie wird durch ATP bereitgestellt Katabolismus: Reaktionsabläufe zur Gewinnung von Energie vornehmlich aus Reservestoffen, durch die Umwandlung von Glukose zu Pyruvat, die β-oxidation von Fettsäuren oder den Abbau von Aminosäuren die in den Nährstoffen gebundene Energie wird mobilisiert und zur Bildung von ATP genutzt Amphibolismus: Reaktionen, die eine Beziehung zwischen anabolen und katabolen Stoffwechselwegen herstellen (z.b. bestimmte Metabolite bilden, die von beiden Grundfunktionen genutzt werden)

5 Stoffliche Hierarchie einer Zelle Zelle Kern Mitochondrien Chloroplasten Endoplasmatisches Retikulum Ribosomen Cytoplasmamembran Tonoplast Zellwände Biomasse Nukleinsäuren Proteine Polysaccharide Lipide Mononukleotide Aminosäuren einfache Zucker Fettsäuren, Glycerin Metaboliten Ribose, Carbamylphosphat Phosphoenolpyruvat, α-ketosäuren Malat Acetat, Malonat CO 2 H 2 O N 2 Resourcen

6 Die Basis der Biochemie ist Wasser! Wasser ist überall: eine Kartoffel besteht zu 80 % aus Wasser eine Tomate ist mit 95 % eigentlich kaum etwas anderes als Wasser ein Bakterium besteht zu 75 % aus Wasser

7 Die Basis der Biochemie ist Wasser! Wasser ist überall: selbst bei uns Menschen macht das Wasser 65 % aus, das heißt, wir bestehen nur zu 1/3 aus Festsubstanz, wohingegen 2/3 Wasser sind.

8 Die Basis der Biochemie ist Wasser! Wasser ist ein seltsamer Stoff: es ist formlos und durchsichtig, und doch sehnen wir uns danach, in seiner Nähe zu sein es hat keinen Geschmack, und doch lieben wir seinen Geschmack da Wasser so allgegenwärtig ist, übersehen wir häufig seine wahrhaft außergewöhnlichen Eigenschaften fast nichts davon ist geeignet, zuverlässige Aussagen über andere Flüssigkeiten zu machen, und umgekehrt

9 Die Basis der Biochemie ist Wasser! Wasser ist ein seltsamer Stoff von: würden wir nichts über das Wasser wissen und unserer Annahmen auf das Verhalten der Verbindungen stützen, die Wasser chemisch am stärksten ähneln insbesondere Wasserstoffselenit (H 2 Se) und Schwefelwasserstoff (H 2 S) -, würden wir damit rechnen, dass Wasser bei -93 siedet und bei Zimmertemperatur ein Gas ist.

10 Die Basis der Biochemie ist Wasser! Wasser ist ein seltsamer Stoff von: Die meisten Flüssigkeiten ziehen sich beim Abkühlen um bis zu 10 % zusammen: das gilt auch für Wasser, aber nur bis zu einer bestimmten Grenze. Knapp oberhalb des Gefrierpunkts dehnt sich Wasser wieder aus eine paradoxe, rätselhafte, äußerst unwahrscheinliche Eigenschaft.