Stoffwechselbahn

Stoffwechselbahn bezeichnet in der Biochemie eine koordinierte Abfolge von enzymatisch katalysierten Reaktionen, die innerhalb einer Zelle oder eines Organismus abläuft. Das Endziel ist meist die Umwandlung eines Substrats in ein oder mehrere Endprodukte, wobei die Reaktionsschritte aufeinander aufbauen. Das System wird durch Enzyme, Cofaktoren und verschiedene regulatorische Mechanismen gesteuert. Stoffwechselbahnen bilden die Grundlage des täglichen Funktionierens von Zellen, indem sie Energie bereitstellen, Bausteine liefern und Stoffwechselzustände an Umweltbedingungen anpassen.

Stoffwechselbahnen können linear, verzweigt oder zyklisch organisiert sein. Sie lassen sich grob in katabolische Pfade (Abbau von Substraten zur Energiegewinnung) und anabolische Pfade (Aufbau neuer Biomoleküle) unterteilen. Typische Merkmale sind Zwischenprodukte, reversible und irreversible Reaktionsschritte, Abhängigkeiten von Substratverfügbarkeit sowie Regulation durch allostere Effekte, Feedback-Hemmung und Energie- oder Redoxzustände. Die räumliche Trennung in Organellen oder Zellkompartimenten trägt zur Spezifität und Effizienz bei.

Wichtige Beispiele sind der Energiestoffwechsel wie die Glykolyse und der Zitratzyklus, der Pentosephosphatweg sowie der Abbau bzw. Aufbau von Fettsäuren und Aminosäuren. In Pflanzen trägt der Calvin-Zyklus zur CO2-Fixierung bei. Stoffwechselbahnen sind in Zellen eng miteinander vernetzt und bilden ein dynamisches Netzwerk, dessen Fluss je nach Bedarf umverteilt wird.

Biotechnologie und Medizin nutzen das Verständnis von Stoffwechselbahnen, um Zellen gezielt umzuprogrammieren oder Krankheiten zu behandeln. Störungen in Bahnen können zu Stoffwechselerkrankungen führen, während gezielte Eingriffe neue Bioprodukte ermöglichen. Der Begriff Stoffwechselbahn wird häufig synonym mit Stoffwechselweg oder Stoffwechselpfad verwendet.