Abbaupfade

Abbaupfade bezeichnen die Abfolge chemischer Umwandlungen, durch die Substanzen in Organismen oder in der Umwelt abgebaut oder transformiert werden. Sie beschreiben, wie ein Ausgangsstoff durch Enzymreaktionen oder chemische Reaktionen schrittweise in Metaboliten übergeht und schließlich abgebaut, mineralisiert oder in Biomasse eingebaut wird. Abbauwege werden in biotische (biologisch vermittelte) und abiotische (chemische, physikalische) Pfade unterteilt. Umweltfaktoren beeinflussen Geschwindigkeit und Richtung der Abbaupfade.

Biologische Abbaupfade: Im Stoffwechsel werden Abbaupfade oft in Phasen gegliedert: Phase I (Funktionalisierung) durch Oxidationen, Reduktionen oder Hydrolyse, oft vermittelt durch Enzyme wie Cytochrom-P450. Phase II (Konjugation) verknüpft Metaboliten mit hydrophilen Gruppen (Glucuronidierung, Sulfatierung, Glutathion-Konjugation), um Ausscheidung zu erleichtern. Manche Substanzen folgen auch alternativen Wegen, z. B. Reduktionsreaktionen oder Hydratisierung. Endprodukte sind häufig wasserlöslicher und leichter ausscheidbar; in einigen Fällen entstehen reaktive Zwischenprodukte.

Umweltbezogene Abbaupfade: In Böden, Wasser und Sedimenten erfolgen Abbaupfade oft mikrobiell vermittelt oder durch abiote Prozesse wie Hydrolyse, Photolyse oder Reduktion unter anaeroben Bedingungen. Typische Abfolge umfasst initiale Oxidationen, Modifikationen der Struktur, Abbauketten und schließlich Mineralisierung zu CO2 und H2O oder Bildung langlebiger Transformationen (Metaboliten). Die Pfade hängen von Mikroorganismen, Substrat und Umweltbedingungen ab.

Bedeutung: Das Verständnis der Abbaupfade ist wesentlich für Risikobewertung, Arzneimittelentwicklung, Bioremediation und Umweltüberwachung. Methoden wie Metabolomik, Isotopenmarkierung und Datenbanken zu Stoffwechselwegen unterstützen die Zuordnung von Abbaupfaden.