Stoffwechselreaktionen – Überblick über unterschiedliche Abläufe

Im Körper finden zu jeder Zeit tausende von Stoffwechselreaktionen statt, die genauer betrachtet chemische Reaktionen zwischen verschiedensten Molekülen sind. In diesem Kapitel lernst Du zwischen den verschiedenen Reaktionstypen zu unterscheiden.

Funktionelle Gruppen

In der organischen Chemie wird unter funktionellen Gruppen Atomgruppen verstanden, die die Stoffeigenschaften und das Reaktionsverhalten der sie tragenden Verbindungen maßgeblich bestimmen. Sie bestimmen die Reaktionsfähigkeit und die Art der Reaktion von Molekülen. Die Carboxygruppe sorgt beispielsweise dafür, dass Aminosäuren im polaren Lösungsmittel Wasser gut löslich sind, sie kann eine Säure-Base-Reaktion eingehen oder reduziert werden. Weitere in Biologie häufige funktionelle Gruppen sind die Carbonylgruppe, die Aminogruppe oder die Hydroxygruppe. All diese funktionellen Gruppen gehen charakteristische Reaktionen ein, die im Stoffwechsel eine große Rolle spielen.

Redoxreaktionen

Eine Redoxreaktion ist eine chemische Reaktion, bei der Elektronen übertragen werden. Die Redoxreaktion besteht aus zwei Teilreaktionen, einer Oxidation und einer Reduktion. Bei der Oxidation werden Elektronen abgegeben, bei der Reduktion werden Elektronen aufgenommen.

(1.) $$Oxidation: 2CH_3OH \to 2CH_2O\,+\, 4e^-\,+\,4H^+$$

(2.) $$Reduktion: 0_2\,+\,4e^-\,+\,4H^+\to 2H_2O$$​​

​$$Redoxreaktion: 2CH_3OH\,+\,0_2 \to CH_2O+2H_2O$$

Die Zellen haben ein Reduktionsäquivalent Nicotinamid-Adenin-Dinucleotid ($$NAD$$), das bei der Reduktion von Stoffen als Oxidationsmittel wirkt. Es wird mit zwei Elektronen und $$H^+$$-Ionen beladen (reduzierte Form $$NADH$$​) und kann somit andere Moleküle reduzieren.

Säure-Base-Reaktionen

Bei einer Säure-Base-Reaktion, die spontan und ohne Enzyme ablaufen, geben Säuren $$H^+$$-Ionen ab und die Basen nehmen diese auf. Der pH-Wert wird durch die Konzentration von $$H^+$$-Ionen bestimmt:

​$$CH_3COOH\,+\,H_2O \iff CH_3COO^-\,+\,H_3O^+$$​​

​$$Säure_1 \,+\, Base_2 \iff Base_1 \,+\, Säure_2$$​​

Hydrolyse und Kondensation

Als Hydrolyse wird die Spaltung einer chemischen Verbindung durch Reaktion mit Wasser bezeichnet. Viele Kohlenhydrate und Fette werden von unserem Körper durch Hydrolyse in kleinere Moleküle zerlegt (2.). Die umgekehrte Reaktion dazu heißt Kondensation (1.), bei der sich zwei Moleküle unter Abgabe von Wasser verbinden. Wenn das nicht nur zwei, sondern gleich sehr viele Moleküle machen, wird von einer Polykondensation gesprochen, in der Monomere sich zu einem Polymer verbinden. Diese Reaktion spielt zum Beispiel im Aufbau von Biopolymeren, wie Proteinen oder DNA, eine große Rolle.