Was ist Stoffwechsel?
Stoffwechsel ist ein Begriff für alle chemischen Vorgänge, die in Zellen und Organismen ablaufen, damit sie am Leben bleiben. Zur besseren Übersicht lässt sich der Stoffwechsel in zwei Gruppen einteilen:
- Der Abbau von Molekülen zur Gewinnung von Energie wird als Katabolismus bezeichnet.
- Anabolismus bezeichnet den Aufbau aller Stoffe, die Zellen benötigen.
Ernährung und die Verfügbarkeit von Nährstoffen stehen in engem Zusammenhang mit dem Stoffwechsel. Der Begriff „Bioenergetik“ beschreibt die biochemischen bzw. metabolischen Mechanismen, mit denen eine Zelle Energie gewinnt. Einer der wichtigsten Aspekte des Stoffwechsels ist die Energieerzeugung. Die Vorgänge im Stoffwechsel sind in sogenannten Stoffwechselwegen organisiert, in denen eine chemische Verbindung in mehreren Schritten in eine andere umgewandelt wird.
Enzyme unterstützen diesen Prozess, indem sie Reaktionen ermöglichen und als Katalysatoren wirken. Sie reagieren auf Signale zwischen Zellen und steuern Stoffwechselwege; ohne Enzyme könnten diese Reaktionen nicht ablaufen. Die Stoffwechselrate bezeichnet die Geschwindigkeit, mit der der Körper Kalorien verbrennt.
Bedeutung des Stoffwechsels in der Medizin
Der Stoffwechsel ist ein zentrales Konzept der Biochemie: Er hält Zellen am Leben, indem er ihnen Energie und die Bausteine liefert, die sie für Wachstum und Vermehrung benötigen. Auch in der Medizin spielt der Stoffwechsel eine wichtige Rolle. Genetische Defekte von Stoffwechselenzymen gehören zwar nicht zu den häufigsten Erkrankungen, kommen aber so häufig vor, dass sie Gegenstand routinemäßiger pränataler Diagnostik sind. Um die klinischen Symptome eines erblichen Enzymdefekts zu verstehen und Strategien für eine genaue Diagnose und Therapie zu entwickeln, braucht man ein gutes Verständnis der Stoffwechselwege und ihrer möglichen Störungen.
Stoffwechselstörungen, die direkt auf den Defekt eines einzelnen Enzyms zurückgehen, sind vergleichsweise selten; deutlich häufiger sind metabolische Erkrankungen wie Diabetes oder Gicht. Die noch verbreitetere Arteriosklerose ist zwar nicht ausschließlich eine Stoffwechselkrankheit, doch Stoffwechselfaktoren spielen bei ihrem Auftreten und Fortschreiten eine bedeutende Rolle. In all diesen Fällen bildet das Verständnis der Eigenschaften des Stoffwechsels die Grundlage für Prävention und Therapie.
Selbst wenn Krankheiten nicht primär durch Stoffwechselstörungen verursacht werden, dienen Stoffwechselwege häufig als therapeutische Angriffspunkte. Antimetaboliten, die das Zellwachstum unterbrechen und den programmierten Zelltod auslösen, werden regelmäßig zur Behandlung bösartiger Tumoren und Autoimmunerkrankungen eingesetzt. Antimikrobielle Medikamente wiederum greifen oft Enzyme in den Stoffwechselwegen von Bakterien oder Parasiten an. Viele Wirkstoffe, die an Rezeptoren binden, müssen zudem erst durch eine Stoffwechselreaktion aktiviert oder aus dem Körper entfernt werden.
Auch wenn sich dieser Artikel vor allem auf den menschlichen Stoffwechsel konzentriert, lohnt sich ein Blick darüber hinaus. In allen Lebewesen gibt es zahlreiche gemeinsame Stoffwechselwege. Die Glykolyse, der wichtigste Abbauweg für Glukose, findet sich in allen Organismen. Andererseits unterscheiden sich viele Stoffwechselreaktionen in Pflanzen und verschiedenen Mikroorganismen deutlich von denen in Menschen und Tieren.
Pflanzen können durch Photosynthese aus Kohlendioxid und Wasser Glukose und Kohlenstoffgerüste aufbauen. Gleiches gilt für Blaualgen, also Cyanobakterien. Durch die Photosynthese werden Organismen autotroph, sie können sich also selbst mit organischen Stoffen versorgen. Dennoch sind Pflanzen für ihr Überleben auch auf andere Stoffwechselwege als die Photosynthese angewiesen – etwa auf den Abbau von Stärke, die in großen Mengen in Pflanzensamen gespeichert wird.
So interessant all diese Wege auch sind, werden wir sie in diesen Notizen nicht im Detail behandeln. Stattdessen konzentrieren wir uns auf die wichtigsten Stoffwechselprozesse im menschlichen Körper. Außerdem betrachten wir, wie diese Wege mit Gesundheit und Krankheit des Menschen zusammenhängen und welche Therapieansätze für Stoffwechselstörungen entwickelt wurden.
