Die Zelle als metabolisches System

Zusammenfassung

Lebendige Systeme sind in ständiger Umsetzung befindliche Systeme. Die Moleküle und Molekülaggregate (Feinstrukturen), die eine Zelle aufbauen, haben eine Lebensdauer, die meist sehr viel kürzer ist als die der Zelle. Der beständige Aufbau und Abbau (Umsatz, turnover), der in einem stationären System durch Fließgleichgewichte beschrieben werden kann, macht die Zelle zu einem stofflich hochgradig dynamischen Gebilde. Darüber hinaus ist die Zelle durch die zeitabhängigen Eigenschaften Wachstum, Differenzierung und Morphogenese ausgezeichnet, welche eine kontrollierte Abweichung vom stationären Zustand bedingen und zusätzliche Anforderungen an die metabolische Leistungsfähigkeit und das Regulationsvermögen der Zelle stellen. Im folgenden Kapitel soll ein Überblick über die grundlegenden Mechanismen und Gesetzmäßigkeiten des Stoffwechsels und seiner Regulation gegeben werden. Zentrale Punkte sind hierbei die enzymatische Katalyse von metabolischen Reaktionen und die Kompartimentierung der Zelle in Reaktionsräume durch Membranen. Der Stoffaustausch zwischen den Zellkompartimenten wird durch Transportkatalysatoren gewährleistet, welche in Form von einfachen Transportern, Ionenpumpen und Ionenkanälen einen oft energieabhängigen und gerichteten Transport von Metaboliten und anorganischen Ionen durch Membranen ermöglichen. Sowohl Enzyme als auch Transportkatalysatoren werden in vielfältiger Weise zur Regulation und Integration des Stoffwechsels eingesetzt. Mechanismen zur Aufnahme und intrazellulären Übertragung von Steuersignalen sind die Voraussetzung für angemessene Reaktionen der Zelle auf Umweltfaktoren.