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Einführung in die Biotechnologie - 20 -
Die Atmung ist ein Prozeß, bei dem Reduktionsäquivalente (Elektronen oder H) von einer
Ausgangsverbindung auf eine anorganische Zielverbindung unter Energiegewinn
übertragen werden (s. Kap. 1.4.3). Bei der Gärung werden jedoch die
Reduktionsäquivalente ebenfalls unter Energiegewinn von einer organischen
Ausgangsverbindung auf eine ebenfalls organische Zielverbindung übertragen. Gärung
findet in der Regel unter Ausschluß von O 2 statt, sie wird üblicherweise nach ihren
Hauptprodukten benannt, beispielsweise: Alkohol-, Milchsäure,- Propionsäure-,
Ameisensäure- und Buttersäuregärung.
Als letztes wird noch nach der Herkunft der Reduktionsäquivalente unterschieden. Von
Organotrophie wird gesprochen, wenn organische Verbindungen als Wasserstoffquelle
eingesetzt werden, lithotrophe Organismen verwerten anorganische H-Donatoren wie z. B.
H 2 S, S, NH 3 , H 2 , Fe 2+ .
Pflanzen sind demnach photolithoautotroph, da sie erstens Photosynthese betreiben,
zweitens H 2 O als Quelle für Reduktionsäquivalente nutzen und drittens den Kohlenstoff
für Zellbausteine durch Fixierung von CO 2 gewinnen. Tiere demgegenüber sind
chemoorganoheterotroph, da sie Energie durch Atmung gewinnen und organische
Verbindungen als Wasserstoff- und Zellkohlenstoffquelle nutzen. Üblicherweise werden
nicht immer alle Bezeichnungen genannt. Im folgenden Kapitel werden weitere
grundlegende Aspekte des Stoffwechsels behandelt.
1.4.3 Mikrobieller Stoffwechsel
Was ist der „Stoffwechsel“? Damit werden sämtliche durch Organismen katalysierten
Reaktionen zusammengefaßt, wobei abbauende (katabole) und aufbauende (anabole)
Wege unterschieden werden. Stoffe müssen aus der Umwelt aufgenommen und verarbeitet
werden. Bausteine für beispielsweise die Synthese der Zellwand, DNA oder RNA,
Fettsäuren oder Proteine müssen gebildet (= synthetisiert) werden. Endprodukte müssen
entsorgt werden. Für viele Vorgänge muß Energie bereitgestellt werden, damit die
Reaktionen unter den recht milden Bedingungen in der Zelle überhaupt ablaufen können.
Der Organismus muß zusätzlich in der Lage sein, auf Änderungen des äußeren Milieus zu
reagieren, etwa bei Verschlechterung der Lebensbedingungen. Alle diese Wachstums- und
Lebensprozesse von Organismen gehen auf den Stoffwechsel zurück. Die
hochkoordinativen Prozesse gewährleisten, daß bestimmte Stoffe zu bestimmten Zeiten an
bestimmten Orten in bestimmter Weise zur Verfügung gestellt werden.
Die Werkzeuge des Stoffwechsels sind die Enzyme, die Informationen für den Bauplan
dieser Proteine sind auf der DNA festgelegt. Die Information muß zum richtigen Zeitpunkt
richtig abgelesen und übersetzt werden: eine weitere Leistung des Stoffwechsels.
(Genetische Aspekte werden in Kap. XX (Gentechnikteil) behandelt.)
Beim Vergleich des Stoffwechsels verschiedener Organismen fällt auf, daß sich
bestimmte „Motive“ häufig wiederholen. Die enzymatischen Reaktionen lassen sich auf
wenige Grundtypen zurückführen, bestimmte Stoffwechselwege sind in fast allen
Organismen vorhanden und auch der genetische Code, der den „Übersetzungsschlüssel“
von der DNA zum Protein darstellt, ist nahezu ubiquitär verbreitet.
Am Beispiel des sehr gut untersuchten Stoffwechsels von Saccharomyces cerevisiae
sollen einige weitere Grundlagen vermittelt werden (s. Abb. 19).