Was ist ein Biosyntheseweg?
Ein Biosyntheseweg oder Biosyntheseweg ist eine Beschreibung der Schritte der chemischen Reaktionen, die auftreten, wenn ein lebender Organismus aus einfacheren, kleineren Vorläufern ein neues komplexes Molekül erzeugt. Das Wort "Biosynthese" stammt aus zwei Wurzelwörtern: "bio", was darauf hinweist, dass die Reaktion in einem lebenden Organismus statt in einem Labor stattfindet; und "Synthese", was anzeigt, dass einfache Ausgangsmaterialien kombiniert werden, um größere Produkte zu bilden. Ein Biosyntheseweg ist eine Zusammenfassung dieser chemischen Reaktionen, aufgeschlüsselt nach einzelnen Schritten. Um einen Weg vollständig zu beschreiben, sind häufig zusätzliche relevante Informationen enthalten, z. B. welche Enzyme, Coenzyme und Cofaktoren in jeder Reaktion verwendet werden.
Nicht alle von einem lebenden Organismus verwendeten Moleküle müssen direkt vom Organismus selbst synthetisiert werden. Oft werden diese notwendigen Moleküle stattdessen aus der Umgebung gewonnen. Menschen sind beispielsweise nicht in der Lage, essentielle Aminosäuren wie Lysin zu synthetisieren; Diese Nährstoffe stammen stattdessen aus proteinreichen Lebensmitteln wie Bohnen und Baumnüssen. Zellen synthetisieren im Allgemeinen nur solche Moleküle, die entweder selten sind oder nicht leicht aus ihrer Umgebung gewonnen werden können.
Ein Biosyntheseweg beginnt häufig mit einem leicht verfügbaren Vorläufermolekül, das dem Produkt ähnlich ist. Die Zelle kombiniert dann diesen Vorläufer mit anderen kleinen Molekülen und modifiziert dabei das Produkt chemisch. Bei jedem Schritt ähnelt das Substrat zunehmend dem Endprodukt. Ein mehrstufiger Biosyntheseweg kann Dutzende von Schritten umfassen, die durch Enzyme ständig modifiziert werden, bis die endgültige Verbindung entsteht.
Das Studium der Biosynthese kann viele praktische Einblicke in Heilmittel für menschliche Krankheiten liefern. Das Verständnis der Chemie des menschlichen Körpers hilft eindeutig, wenn eine Krankheit auf eine Fehlfunktion der Biosynthese zurückzuführen ist. Manchmal kann die Untersuchung der Biosynthesewege anderer Organismen jedoch auch wertvolle Hinweise für die Entwicklung neuer Medikamente liefern.
Viele Forscher haben sich mit der Untersuchung der Biosynthese von Pflanzen befasst, insbesondere mit Naturstoffen. Extrakte aus bestimmten Pflanzen können starke pharmakologische Wirkungen haben, die bei der Schaffung neuer wirksamer Medikamente verwendet werden können. Beispielsweise wurde Digitalis, ein Wirkstoff, der aus dem gemeinsamen Fingerhut extrahiert wurde, zur Behandlung von Herzerkrankungen verwendet. Durch das Verständnis des Biosynthesewegs eines Naturstoffs können Chemiker Einblicke in die Synthese des Arzneimittels gewinnen und möglicherweise dessen Synthese im Labor nachahmen. Letztendlich möchten Biologen in der Lage sein, diese Gene zu klonen, um transgene Organismen zu produzieren, die so konstruiert sind, dass sie Naturprodukte in höherer Konzentration und Reinheit zu einem Bruchteil des Preises produzieren.
Biosynthesewege wurden für viele gängige Moleküle wie Fettsäuren, Aminosäuren und Nukleotide aufgeklärt. Viele Wege müssen jedoch noch entdeckt werden. Vielleicht haben die Medikamente der Zukunft ihren Ursprung in den Biosynthesewegen, die heute erforscht werden.