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        2. Allgemeines
        3. Prinzip der energetischen Kopplung von Reaktionen
        4. ATP als Energiewährung der Zelle
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Energiereiche Verbindungen: Gruppenübertragungspotenzial

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Steckbrief

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Um endergone Reaktionen ablaufen zu lassen, nutzen Lebewesen z.B. die energetische Kopplung der thermodynamisch ungünstigen Synthese an eine exergone Reaktion mit dem gleichen Zwischenprodukt. Dies ist möglich, weil die Änderungen der freien Enthalpie aufeinanderfolgender Reaktionen additiv sind.

Im Zellstoffwechsel stammt die freie Enthalpie bzw. freie Standardenthalpie bei gekoppelten biochemischen Reaktionen häufig aus der Hydrolyse von Verbindungen mit einem hohen Gruppenübertragungspotenzial. Deren wichtigster Vertreter ist das ATP (Adenosintriphosphat) mit seinen beiden Phosphoanhydridbindungen und seinem Ester. ATP ist die Schnittstelle zwischen Katabolismus und Anabolismus und wird daher auch als Energiewährung der Zelle bezeichnet. Es besitzt ein hohes Phosphorylgruppenübertragungspotenzial, dessen Maß die Änderung der freien Standardenthalpie (Equation) ist. Durch die Übertragung einer Phosphoryl-, aber auch Pyrophosphoryl- oder Adenylylgruppe auf ein Substrat, wird die bei exergonen Abbau von ATP frei werdende Energie an die endergone Umsetzung des Substrats gekoppelt. Dadurch liefert ATP Energie für anabole Reaktionen.

In Zellen gibt es weitere Verbindungen mit einer stark negativen Änderung der freien Standardenthalpie ihrer Hydrolyse und einem hohen Phosphorylgruppenübertragungspotenzial (tabellarische Übersicht einiger Verbindungen). Ihr Potenzial ist sogar noch größer als das von ATP, sodass sie in der Lage sind, ADP zu ATP zu phosphorylieren, was im Zuge der Substratkettenphosphorylierung im Stoffwechsel auch geschieht. Equation für die Hydrolyse von Thioestern wie Acetyl-CoA ist ebenfalls stark negativ.

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Übertragung von Phosphorylgruppen

Die Phosphorylgruppen werden von energiereichen Verbindungen wie Phosphoenolpyruvat über ATP auf Akzeptoren wie Glucose übertragen, deren Phosphatderivate energieärmer sind, als ATP. Bei dieser Substratkettenphosphorylierung nimmt die freie Enthalpie der Hydrolyse stetig ab. Die Hydrolyse von Glucosephosphaten liefert letztlich Pi.

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    Allgemeines

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    Die Übertragung von ganzen Gruppen von Atomen wie einer Phosphatgruppe, eines Zuckerrestes oder einer Methylgruppe auf einen Akzeptor ist ein Reaktionsprinzip, das in der Zelle häufig anzutreffen ist. Diese Übertragungen werden von Transferasen katalysiert, der nach den Oxidoreduktasen zweitgrößten Gruppe der Enzyme. Lieferanten für die Gruppen sind meist Coenzyme wie S-Adenosylmethionin (Methylgruppendonator) oder PAPS (Sulfatgruppendonator), aber auch ATP, das als Überträger von Phosphoryl-, Pyrophosphoryl- und Adenylylgruppen dient und, wie du unten sehen wirst, eine besondere Bedeutung für die Zelle hat.

    Über die Leichtigkeit, mit der diese Gruppen übertragen werden, gibt das Gruppenübertragungspotenzial Auskunft, dessen Maß die bei pH 7 () für die Hydrolyse der kovalenten Bindung zwischen Donator und Gruppe ist. Verbindungen mit einem hohen Gruppenübertragungspotenzial können durch energetische Kopplung endergone Reaktionen ermöglichen.

    Image description
    Struktur von Adenosintriphosphat

    Aus dem Adenosin entsteht durch Phosphorylierung Adenosinmonophosphat (AMP). Mit weiteren Molekülen Phosphorsäure kommt man durch Bildung einer Anhydridbindung zum Adenosindiphosphat (ADP) bzw. Adenosintriphosphat (ATP).

    (nach Rassow et al., Duale Reihe Biochemie, Thieme, 2012)
    Image description
    Coenzym A (CoA)

    Die freie SH-Gruppe ist der aktive Teil von Coenzym A, das daher auch oft als CoA-SH oder HS-CoA abgekürzt wird.

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      zuletzt bearbeitet: 22.02.2021
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