Question

Wie wird die Energie des ATP genutzt?

Aufrufe: 669 Aktiv: 21.03.2022 um 22:14

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Hallo allerseits

Ich habe eine relativ schwierige Frage, die leider die gesamte Fachschaft-Biologie an meiner Schule nicht zu beantworten vermag. Es geht darum, wie die Energie, die bei der Hydrolyse von ATP, frei wird, genutzt werden kann. Als Beispiel die Muskelkontraktion. Hier kommt ein Signal eines Motoneurons, regt das sarkoplasmatische Retikulum zur Ausschüttung von Ca^2+ an, das dann dazu führt, dass der Myosinkopf das ATP spaltet. Durch die Spaltung der Phosphatbindung wird die gesamte Energie frei, die wir fürs Kontrahieren benötigen. Wie kann der Myosinkopf diese Energie verwenden? Was ist es für Energie? Chemische oder Energie in Form von Wärmestrahlungen?

Diese Frage erscheint mir sehr zentral, da ATP für so vieles benötigt wird. Wenn ihr mir das an einem anderen als dem von mir aufgeführten Beispiel erklären könnt, spielt das keine Rolle.

Damit niemand Zeit verschwendet: Mir ist klar, wie die Spaltung usw. abläuft; nicht aber, wie Enzyme, Myosinköpfe, Membranproteine etc. diese nutzen können.

PS: Kennt jemand eine englische Website, auf der man so eine Frage stellen könnte? Wohl irgendwas mit Biologie, Chemie oder Physik.

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gefragt 18.03.2022 um 19:57

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Schüler, Punkte: 50

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1 Antwort

askatasuna · Answer 1 · 2022-03-21T22:10:56Z

Hi,

die Energie ist chemisch in den Bindungen der Phosphatreste gespeichert. Das ganze lässt sich auf verschiedenen Ebenen erklären. Einerseits ist das ganz thermodynamisch dadurch zu erklären, das die "High energy bond" bei einer Spaltung 30,5 kJ/Mol an Energie bereitstellt. Damit können dann energetisch "ungünstige" Reaktionen katalysiert werden. Das ganze funktioniert, in dem das Enzyme die Reaktionen, also die Hydrolyse von ATP und die zu unterstütze Reaktion koppelt. Meist in dem ATP und das/die Substrat(e) im katalytischen Zentrum gebunden werden und durch die Struktur des Enzyms, die Reaktionen zusammen ablaufen. Um es mal etwas vereinfacht auszudrücken.

Bei deinem Beispiel wird jedoch eine Bewegung erzeugt. Das ist nochmal etwas anderes. Nur kurz vorweg, die Energie des ATPs kann auf unterschiedlichen Wegen genutzt werden, aber am Ende ist es immer die Hydrolyse von ATP zu ADP + Pi (Phosphatrest) welche die Energie frei lässt. Hydrolyse ist ja die Spaltung von Verbindungen unter verbrauch von Wasser. In Fall des ATPs ist es die Phosphat-Sauerstoff-Bindung. Siehe Bild:

Also das Myosinköpfchen kann ATP binden, nach dem durch das Clacium das Myosin aktiviert wurde, bindet das Myosinköpfchen an das Aktinfilament. Wenn dann das im Aktinfilamen gebundene ATP durch die Hydrolyse gespalten wird, kommt es zu einer Strukturänderung im Myosinköpfchen. Diese Änderung führt zur Bewegung. Wenn das Myosinkpfchen jetzt wieder ATP bindet, kehrt es in die Ausgangsstrucktur zurück und löst sich zusätzlich noch vom Aktinfilament um am nächsten Abschnitt des Aktinfilaments zu binden. Wenn jetzt das ATP gespalten wird, geht der Prosses wieder von vorne los.

Das Prinzip dahinter ist also eine Änderung der Struktur des Enzyms. Das ist sehr zentral bei vielen Enzymen. Enzyme sind ja lange Ketten aus Aminosäuren, welche sich zu 3D-Gebilden falten. Diese Struktur kann beeinflusst werden, zum Beispiel durch die Bindung von ATP oder eben auch durch die Hydrolyse. Dabei kann eine kleine Verschiebung an einer Stelle die Form des Enzyms stark beeinflussen.