Metabolismus

Metabolismus bezeichnet die Gesamtheit der chemischen Reaktionen in lebenden Zellen und Organismen. Er umfasst den Abbau und die Umwandlung von Nährstoffen, die Gewinnung von Energie sowie die Synthese von Biomolekülen wie Proteinen, Nukleinsäuren, Lipiden und Kohlenhydraten. Ziel des Metabolismus ist es, Energie bereitzustellen, Struktur und Funktion der Zellen zu erhalten und den Organismus an Umweltbedingungen anzupassen.

Zwei zentrale Richtungen des Stoffwechsels sind Katabolismus und Anabolismus. Beim Katabolismus werden komplexe Moleküle in kleinere Bausteine zerlegt und Energie in Form von ATP freigesetzt. Beim Anabolismus werden aus Bausteinen neue, komplexe Moleküle aufgebaut, was ebenfalls Energie benötigt. Die Energiewährung des Zellensystems ist ATP; zusätzlich dienen Reduktionsäquivalente wie NADH und NADPH als Elektronentransporter.

Zu den wichtigsten Stoffwechselwegen gehören Glykolyse, der Citratzyklus und die oxidative Phosphorylierung, die gemeinsam Energie in Form von ATP liefern. In Pflanzen und Protisten ergänzt die Photosynthese die Energiegewinnung durch Umwandlung von Licht in chemische Energie. Außerdem gibt es zentrale Wege des Kohlenhydrat-, Lipid- und Aminosäurestoffwechsels, die Vorstufen für Biomoleküle bereitstellen.

Die Regulation des Metabolismus erfolgt durch Enzyme sowie durch Substratverfügbarkeit, allosterische Effekte und Hormone wie Insulin und Glukagon. Umweltfaktoren, Ernährung, Alter und Entwicklung beeinflussen den Stoffwechsel. Störungen des Metabolismus können zu Erkrankungen wie Diabetes, Fettstoffwechselstörungen oder Erbkrankheiten führen. Die moderne Forschung verwendet Metabolomik und Systembiologie, um Stoffwechselnetzwerke zu analysieren.