Stoffwechselphysiologie

Stoffwechselphysiologie ist ein Teilgebiet der Physiologie, das die chemischen Reaktionen, Stoffwechselwege und energetischen Prozesse untersucht, die das Leben ermöglichen. Sie analysiert, wie Zellen Nährstoffe in Energie und Bausteine umwandeln und wie Kohlenhydrate, Fette und Proteine abgebaut, aufgebaut und miteinander verknüpft werden. Zentrale Stoffwechselpfade umfassen Glykolyse, Gluconeogenese, den Pentosephosphatweg, den Zitratzyklus, die oxidative Phosphorylierung sowie Fett- und Proteinmetabolismus. Energie wird überwiegend in Adenosintriphosphat (ATP) gespeichert und durch Redoxreaktionen, Trägerstoffe wie NADH und FADH2 sowie die Atmungskette übertragen.

Die Fluxen durch Stoffwechselwege werden durch Substratverfügbarkeit, Enzymaktivität und hormonelle Regulation gesteuert. Hormone wie Insulin, Glukagon, Katecholamine und Schilddrüsenhormone koordinieren den Wechsel zwischen Nährstoffspeicherung und -freigabe, beeinflussen Glykolyse, Glukoneogenese, Lipolyse und Proteinsynthese. Der Organismus unterscheidet in der Regel fed-state und fasten-state. Die Leber fungiert als zentraler Stoffwechselknoten, während Muskel- und Fettgewebe Energie liefern bzw. speichern. Mitochondrien, Redoxzustand und mitochondriale Biogenese beeinflussen die Leistungsfähigkeit des Energiestoffwechsels.

Zur Erforschung der Stoffwechselphysiologie werden tracerbasierte Fluxanalysen, Metabolomik, Kalorimetrie und bildgebende Verfahren eingesetzt. Die Disziplin hat klinische Bedeutung für Diabetes, Adipositas, metabolische Syndrome, angeborene Stoffwechselstörungen, Alterung und Trainingsmedizin. Sie bildet die Grundlage für Ernährungs- und Therapiestrategien, die den Energiestoffwechsel modulieren.