Energiestoffwechsel

Der Energiestoffwechsel bezeichnet die Gesamtheit der biochemischen Prozesse, durch die Zellen Nährstoffe in nutzbare Energie umwandeln. Er umfasst sowohl den organischen Abbau (katabole Reaktionen) von Kohlenhydraten, Fetten und Proteinen als auch die energieabhängige Auf- und Speicherung von Biomolekülen (anabole Reaktionen).

Die wichtigsten Wege der energieliefernden Prozesse sind die Glykolyse im Cytosol, die aerobe Zellatmung mit Pyruvat-Dehydrogenase, Citratzyklus und Elektronentransportkette in den Mitochondrien, sowie die Fettsäure-Beta-Oxidation. Unter anaeroben Bedingungen, zum Beispiel in rasch arbeitenden Muskelzellen oder Hefen, tritt Laktatfermentation auf, um geringe Mengen ATP zu gewinnen.

Die erzeugte Energie wird größtenteils in ATP gespeichert, das durch NADH und FADH2 aus den Reduktionsäquivalenten der Glykolyse und des Krebszyklus regeneriert wird. In der Regel liefert die vollständige oxidative Verwertung eines Glukosemoleküls unter aeroben Bedingungen etwa 30 bis 32 ATP pro Molekül, je nach Zelltyp und Transportweg. Bei Fetten über die Beta-Oxidation erhalten mehr Energie pro Molekül, gehen aber langsamer voran. Proteine können ebenfalls Energie liefern, indem ihre Aminosäuren in Stoffwechselpfade eingeschleust werden.

Der Energiestoffwechsel wird durch Energiezustände (ADP/ATP-Verhältnis, NADH/NAD+, Acetyl-CoA), Hormone wie Insulin oder Glukagon und das Substratangebot reguliert. Verschiedene Gewebe zeigen unterschiedliche Prioritäten: Muskeln liefern Bewegung, Leber und Gehirn benötigen konstant Glukose, während Fettgewebe bei energetischer Knappheit Fettsäuren freisetzt. Störungen des Energiestoffwechsels spielen eine Rolle bei Diabetes, mitochondriellen Erkrankungen und anderen Stoffwechselkrankheiten.