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Lexikon der Biochemie: Stoffwechsel

Stoffwechsel, Metabolismus, das komplizierte Gesamtnetzwerk der in einer Zelle ablaufenden enzymkatalysierten chemischen Reaktionen. Man unterscheidet zwischen katabolen Reaktionen, die der Energiegewinnung dienen, anabolen Reaktionen für die Biosynthese lebensnotwendiger Verbindungen sowie amphibolen Reaktionen, die beiden Zielstellungen gerecht werden (Katabolismus, Anabolismus, Amphibolismus, Umsatz). Der S. unterliegt einer strengen regulatorischen Kontrolle (Stoffwechselregulation) und ist durch zyklische Reaktionsabläufe (Stoffwechselzyklus) gekennzeichnet (Farbtafel).

Die Hauptwege des S. (Primärstoffwechsel, Intermediärstoffwechsel) sind bei allen Organismen (Mikroorganismen, Pflanzen, Tiere und Menschen) gleich. Einige haben spezielle Stoffwechselzweige entwickelt, z.B. die Knöllchenbakterien die Stickstofffixierung und die Pflanzen die Photosynthese. Im Sekundärstoffwechsel werden Verbindungen (z.B. Alkaloide, Gifte, Harze) synthetisiert, die nicht zum unmittelbaren Überleben notwendig sind. Der Umsatz körpereigener Stoffe dient zur Energiegewinnung (Energiestoffwechsel) in Form von Körperwärme oder ATP. Der Stoffwechsel kann auch – je nach den beteiligten Substanzgruppen – in einzelne Zweige unterteilt werden, z.B. Fett-, Glycogen-, Kohlenhydrat-, Protein-, Purin- und Pyrimidinstoffwechsel u.a.

Bei Eukaryonten sind die S.-Vorgänge kompartimentiert (Kompartimentierung) und der Stoffaustausch findet über Membranen statt (Transport, Signalhypothese).

Da Lebewesen offene Systeme sind, bestehen vielstufige Fließgleichgewichte (steady state), die dauernd auf eine Gleichgewichtslage hin reagieren, ohne sie ganz zu erreichen, jedenfalls nicht, solange Leben ist. In einer beliebigen Reaktionskette des S. erfolgt die Umsetzung eines Ausgangsstoffs (Nahrungsstoff) über Intermediatezum Endprodukt mit Hilfe enzymkatalysierter Reaktionen. Die Geschwindigkeit der Gesamtreaktion eines S.-Vorgangs wird durch die Geschwindigkeit des langsamsten Reaktionsschrittes bestimmt . Diese geschwindigkeitsbestimmende Teilreaktion wird als Schrittmacherreaktion bezeichnet (Krebs). Auf der Basis von Konzentrationsgefällen, die die reversiblen Enzymreaktionen in der gewünschten Richtung ablaufen lassen, entstehen Fließgleichgewichte, die einen stationären Zustand erzeugen.

Störungen des S. sind z.B. angeborene Stoffwechselstörungen, Diabetes mellitus, Glycogenspeicherkrankheiten, lysosomale Speicherkrankheiten, Porphyrie, u.a.

[G. Michal, Biochemical Pathways, Biochemie-Atlas, Spektrum Akademischer Verlag, 1999; Wandkarten: G. Michal, Biochemical Pathways, Boehringer Mannheim GmbH, 1992; Internet-Datenbank: http://www.expasy.ch/cgi-bin/search-biochem-index]

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