Stoffwechselpfaden

Stoffwechselpfade sind geordnete Abfolgen biochemischer Reaktionen, in denen Moleküle durch Enzyme in andere Substanzen umgewandelt werden. Sie dienen der Energiegewinnung, der Bereitstellung von Bausteinen für Biomoleküle und der Speicherung von Stoffen. Stoffwechselpfade bilden zusammen das Stoffwechselnetzwerk einer Zelle und finden in verschiedenen Kompartimenten statt, etwa im Cytosol, in Mitochondrien oder in Chloroplasten.

Man unterscheidet grob zwischen katabolischen Pfaden, die Moleküle abbauen und Energie freisetzen, und anabolen Pfaden, die komplexe Moleküle aufbauen und Energie benötigen. Zentrale Stoffwechselpfade umfassen Glykolyse, den Zitratzyklus (Citratzyklus) und die oxidative Phosphorylierung, den Pentosephosphatweg sowie anabole Prozesse wie Fett- und Aminosäuresynthese. Viele Pfade sind miteinander verknüpft; Zwischenprodukte dienen als Metaboliten in anderen Wegen, was eine vernetzte Regulation ermöglicht.

Die Regulation der Stoffwechselpfade erfolgt auf mehreren Ebenen: allostere Regulation durch Metaboliten, covalente Modifikationen von Enzymen, Änderungen der Enzymexpression und räumliche Trennung in Organellen. Die Flusskontrolle richtet sich nach dem Bedarf der Zelle und äußeren Bedingungen.

Stoffwechselpfade sind Gegenstand der Grundlagenforschung und der Biotechnologie. Unterschiede in Pfadwahl und Flux stehen im Zusammenhang mit Gesundheit und Krankheit; Störungen können Stoffwechselkrankheiten verursachen. In der Biotechnologie werden Pfade gezielt modifiziert, um gewünschte Produktmengen herzustellen.

Beispiele zentraler Pfade: Glykolyse wandelt Glukose zu Pyruvat, liefert ATP und NADH; der Citratzyklus baut Acetyl-CoA zu CO2 ab und liefert Reduktionsäquivalente; der Pentosephosphatweg erzeugt NADPH und Ribose-5-phosphat.