Biochemie und Biotechnologie in der Schule: Hubertus ... - ChidS

2 Aminosäuren und DNA
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2.1.1 Stickstofffixierung
Der Ausgangspunkt für die Biosynthese von Aminosäuren ist Ammoniak, er
bietet die zur Synthese benötigte Stickstoffquelle. Dieser wird durch die
Stickstoffixierung, also die Reduktion von Distickstoff zu Ammoniak,
hergestellt.
N2 3H2 2NH3
Zu dieser Art der Stickstofffixierung sind höhere Organismen nicht in der Lage.
Im Bereich der Mikroorganismen gibt es dafür jedoch speziell angepasste und
hocheffektive Bakterien. Sie werden als diazotrophe (stickstofffixierende)
Mikroorganismen bezeichnet. Sie gehen mit den Wurzeln von Leguminosen
eine Symbiose ein und bilden so genannte Wurzelknöllchen aus. Diese
Knöllchen dienen dann der Stickstofffixierung. Auf Grund der
Reaktionsträgheit des Distickstoffmoleküls bedarf es einer hochkomplexen und
komplizierten Katalyse um die Reduktion bis hin zum Ammoniak zu
gewährleisten. Diese Katalyse der Stickstoffixierung übernimmt ein komplexes
Enzymsytem, welches mehrere Redoxsysteme beinhaltet und als Nitrogenasekomplex
bezeichnet wird. Vereinfacht dargestellt besteht der Komplex aus
einer Reduktase und einer Nitrogenase. Die Reduktase liefert dem
Katalysesystem Elektronen mit sehr hoher Reduktionskraft. Diese Elektronen
werden von der Nitrogenase aufgenommen, welche das Enzym dazu verwendet
um Distickstoff zu Ammoniak zu reduzieren. Der Elektronentransport innerhalb
des Enzymkomplexes ist an eine ATP-Hydrolyse gekoppelt, so dass die
Stickstofffixierung ein energieaufwändiger Prozess ist. Für zwei Moleküle
Ammoniak werden 16 Moleküle ATP benötigt.
Ist der Ammoniak als Ausgangsmolekül aber erst einmal synthetisiert, können
alle bekannten Aminosäuren hergestellt werden. Dabei wird das
Kohlenstoffgerüst aus verschiedenen Stoffwechselprozessen, wie z.B. aus dem
Citratzyklus, gewonnen und zur Synthese von Aminosäuren eingesetzt.
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