Zellmetaboliten

Zellmetaboliten sind kleine organische Moleküle, die durch die Stoffwechselprozesse von Zellen erzeugt, modifiziert oder abgebaut werden. Sie befinden sich überwiegend intrazellulär und dienen als Energieträger, Bausteine für Biomasse sowie Regulatoren biochemischer Prozesse. Zellmetaboliten stammen aus zentralen Stoffwechselwegen wie der Glykolyse, dem Citratzyklus und dem Pentosephosphatweg sowie aus spezialisierten Biosynthesewegen in Mikroorganismen, Pflanzen und Tieren.

Man unterscheidet primäre (zentrale) Metaboliten, die für Wachstum, Vermehrung und Grundfunktionen notwendig sind, von sekundären Metaboliten, die nicht unmittelbar essenziell für das Überleben sind, aber ökologische Funktionen erfüllen und oft Interaktionen mit der Umwelt ermöglichen. Beispiele primärer Metaboliten sind Glukose, Pyruvat, Aminosäuren, Nukleotide, Fettsäuren; sekundäre Metaboliten umfassen Alkaloide, Terpenoide, Polyketide und Antibiotika.

Zu den Funktionen gehören ihre Rollen als Cofaktoren oder Regulatoren (ATP, NADH, NADPH, CoA, FAD), als Osmolyte und als Signalmoleküle (z. B. cAMP). In Pflanzen und Mikroorganismen werden sekundäre Metaboliten oft als Reaktion auf Umweltstress, Konkurrenz oder Entwicklungsstadien produziert.

Die Erfassung von Zellmetaboliten erfolgt in der Metabolomik. Typische Methoden sind Massenspektrometrie (LC-MS, GC-MS) und Kernspinresonanzspektroskopie (NMR). Man unterscheidet zielgerichtete (quantitative) von nicht zielgerichteten (profilierenden) Ansätzen. Isotopenmarkierung dient der Flussanalyse in Stoffwechselwegen.

Zellmetaboliten sind zentral für Biotechnologie, Medizin und Ernährungswissenschaft. Sie liefern Biomarker, unterstützen die Optimierung von Produktionsprozessen und liefern Einblicke in Zellphysiologie und Interaktionen von Organismen.