Stoffwechsel erklärt: Katabolismus, Anabolismus und Energietransformation

Stoffwechsel (Verb: metabolisieren) umfasst alle enzymkatalysierten chemischen Reaktionen in einem lebenden Organismus, die Substrate in Produkte umwandeln, Energieformen ineinander überführen und das Leben aufrechterhalten. Er funktioniert über zwei komplementäre Arme:

Katabolismus: Der Abbauweg (exergonisch)

Komplexe Moleküle werden in einfachere zerlegt, wobei Energie freigesetzt wird, die als ATP und Reduktionsäquivalente (NADH, FADH₂) gespeichert wird. Wichtige Beispiele sind Glykolyse, β-Oxidation, der Citratzyklus und die oxidativen Phosphorylierung.

Anabolismus: Der Biosyntheseweg (endergonisch)

Einfache Vorläufer werden zu Makromolekülen – Proteinen, Lipiden, Nukleinsäuren, Glykogen – zusammengebaut, wobei ATP und NADPH verbraucht werden. Beispiele sind Gluconeogenese, Lipogenese und Proteinsynthese.

Regulierung des Stoffwechsels

• Allosterische Kontrolle: Modulatoren wie ATP/AMP, Citrat und Acetyl-CoA feinjustieren die Enzymaktivität.
• Hormonale Signalgebung: Insulin fördert anabole Prozesse; Glukagon, Adrenalin und Cortisol treiben den Katabolismus an.
• Transkriptionale Regulation: Kernrezeptoren (PPARs, SREBPs) und Signalzentralen (mTOR) kontrollieren die Genexpression für metabolische Enzyme.

Klinische Relevanz

Die Dysregulation dieser Wege liegt großen Krankheiten wie Diabetes, Adipositas, Krebs und angeborenen Stoffwechselstörungen zugrunde.