Aus welchem Grund reagieren Stoffe nicht von alleine und zerfallen in ihre Grundbausteine (Am Beispiel Stärke)?

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1 Antwort

Hi,

Stärke ist ein Polysaccharid im Prinzip "Polyglucose", also tausende aneinandergereihte Glucosemoleküle. Das ist eine Reserveform von Zucker, die physiologisch inaktiv ist, die aber leicht unter Energiefreisetzung abgebaut werden kann. Dazu würde sie erst wieder in einzelne Zucker (Glucose) zerlegt, der über die Glykolyse abgebaut werden. Wenn man so will, ist es also eine Speicherform, in der Zucker aufbewahrt wird. 

Wenn man sich die chemische Bindung zwischen den Glucosemolekülen anschaut, dann sieht man, dass jedes Glucosemolekül mit seinem Nachbarn über das 1. und 4. Kohlenstoffatom über jeweils eine O-(Sauerstoff)Brücke verknüpft ist, wobei die OH-Gruppe am C1 vor der Bindung α-ständig ist (nach unten zeigt).

 Das nennt man "α 1--->4 glycosidische Bindung". Um diese zu spalten, ist ein Enzym notwendig, eine sog. Hydrolase, die eine hydrolytische Spaltung ermöglicht, die  "α-Amylase". 

Bei der Spaltung wird ein Energiebetrag frei, d.h. die Reaktion würde theoretisch auch freiwillig ablaufen können, aber zu Beginn muss ein bestimmter Energiebetrag aufgewendet werden, um die Reaktion in Gang zu setzen. Wenn diese "Aktivierungsenergie" fehlt, läuft die Reaktion nicht von alleine ab oder unendlich langsam. Genau hier setzt ein Enzym ein, es stabilisiert einen Übergangszustand, der genau diese Reaktion energetisch begünstigt. Da nun viel weniger Aktivierungsenergie benötigt wird, kann es die Reaktion in Gang setzen und beschleunigt ihren Ablauf. 

Das ist im Prinzip die Grundlage unseres gesamten Stoffwechsels, bzw. des Stoffwechsels aller Lebewesen. Es finden sich Stoffwechselwege, die von alleine nie ablaufen würden, bei denen jeder Schritt von speziellen Enzymen unterstützt wird. Die Information über den Bau solcher Enzyme liegt auf der DNA verschlüsselt. Geht diese Information verloren, z.B. fällt so ein Enzym aus, ist ggf. der gesamte Stoffwechselweg platt und dies hätte ggf. drastische Auswirkungen auf den ganzen Organismus. 

Wir verfügen z.B. prinzipiell über den Stoffwechselweg Vitamin C selbst herzustellen, wie andere Wirbeltiere dies auch können. Jedoch ist bei uns eines der Enzyme die L-gulonolacton-Oxidase ausgefallen, d.h. das Gen welches die Information für dieses Enzym trug, ist durch defekt geworden und damit die Herstellung von Vitamin C bei uns nicht mehr möglich. 

Wir müssen also Vitamin C unbedingt über die Nahrung zu uns nehmen, da wir es nicht mehr selbst herstellen können. Mangelnde Versorgung über die Nahrung führt zu lebensbedrohlichen Erkrankungen ("Skorbut"), früher unter Seefahrern häufig. Die aßen vorwiegend Mehl- u.a. Produkte, die weitestgehend Vitamin-C-frei sind, machten ellenlange entbehrungsreiche Fahrten (über Monate), dann fingen plötzlich die Zähne an auszufallen, das Zahnfleisch schwoll an, Muskeln begannen zu schrumpfen und wurden schwarz, die Gliedmaßen schwollen an, Schwindel, Infektionsanfälligkeit, Durchfall, Fieber kamen dazu und ein Erschöpfungszustand stellte sich ein, darauf folgt irgendwann der Tod. Bis man draufkam dass in Zitrusfrüchten (Orangen, Zitronen) irgendein "gegen Skorbut wirkender Faktor" enthalten sein müsse, weil der verhinderte Skorbut. Diese Faktor bekam später den Buchstaben C zugewiesen. Das Vitamin C. Gruß, Cliff

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