Zellmetabolismus

Zellmetabolismus bezeichnet die Gesamtheit der chemischen Reaktionen, die innerhalb von Zellen ablaufen und der Energiegewinnung, dem Aufbau von Biomolekülen und der Aufrechterhaltung der Zellfunktionen dienen. Er umfasst katabole und anabole Stoffwechselwege, die durch Enzyme gesteuert werden und über Energiestoffwechselträger wie ATP, NADH, NADPH und FADH2 koordiniert werden.

Wichtige Stoffwechselwege sind die Glykolyse im Cytosol, der Pyruvatstoffwechsel in die Mitochondrien, der Citratzyklus und die Elektronentransportkette mit oxidativer Phosphorylierung, die die Hauptenergie liefert. Unter anaeroben Bedingungen erfolgt Fermentation (Laktatbildung in Muskelgewebe, Ethanolbildung in Hefen). Zusätzlich werden Kohlenhydrate, Fette und Proteine in entsprechende Vorstufen umgewandelt und sowohl als Energiequellen als auch als Bausteine genutzt.

Die Reaktionswege werden durch Enzyme reguliert, etwa durch allosterische Effekte, kovalente Modifikationen und Verfügbarkeit von Cofaktoren. Die räumliche Organisation in subzellulären Kompartimenten (Cytosol, Mitochondrien, Endoplasmatisches Retikulum, Peroxisomen) trennt Prozesse und ermöglicht eine effektive Regulation. Stoffwechselantworten passen Flüsse der Reaktionen an Nährstoffstatus, Energiebedarf und Hormone wie Insulin und Glukagon an.

Die Bedeutung des Zellmetabolismus liegt in seiner grundlegenden Rolle für Gesundheit und Krankheit. Störungen können angeboren sein oder sich durch Überernährung, Insulinresistenz oder andere Erkrankungen manifestieren (z. B. Diabetes mellitus, Stoffwechselkrankheiten). In der Forschung ermöglichen Ansätze wie Metabolomik und Fluxomics neue Einsichten in Vorgänge der Zellfunktion.