„Stoffwechsel“ – Versionsunterschied

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=== Beispiele ===
=== Beispiele ===
==== Energiegewinnung ====
[[Pflanzen]], [[Alge]]n und einige [[Bakterie]]n betreiben [[Photosynthese]]. Sie verwenden die Energie des [[Licht]]s, um [[Kohlenstoffdioxid]] (bei Landpflanzen aus der [[Luft]] stammend), Wasser und andere Ausgangsstoffe in Stoffe umzuwandeln, die entweder sofort dem weiteren Aufbau und [[Wachstum (Biologie)|Wachstum]] des Organismus dienen oder gespeichert werden, zum Beispiel [[Kohlenhydrat]]e (siehe auch [[Calvin-Zyklus]]). Die [[Reservestoffe]] können später im Baustoffwechsel oder im Energiestoffwechsel verarbeitet werden. [[Sekundäre Pflanzenstoffe]] sind chemische Verbindungen, die von Pflanzen produziert werden, aber weder im Baustoffwechsel noch im Energiestoffwechsel benötigt werden.
Alle bekannnten Lebewesen benötigen eine Energiequelle, um [[Adenosintriphosphat|Adenosintriphosphat (ATP)]] aus [[ADP]] zu regenerieren. Die ATP liefert dann die Energie für den Aufbau von Biomasse.

* Chemotrophe Lebewesen nutzen die [[Chemische_Energie#Verwendung_chemischer_Energie_in_biologischen_Systemen|chemische Energie]] ganz unterschiedlicher Substanzen zur Regeneration von [[ATP]]. Zu den chemotrophen Stoffwechselformen zählen aerobe [[Atmung]], [[Gärung]] und [[Anaerobie#Anaerobe_Atmung|anaerobe Atmung]]. Beispiele: [[Tiere]], [[Pilze]], [[Darmbakterien]].
[[Tiere]] verstoffwechseln (metabolisieren) bei ihrer [[Verdauung]] andere Organismen oder deren Speicherstoffe (etwa [[Kohlenhydrate]], [[Protein]]e oder [[Fette]]), siehe auch [[Chemotrophie]].
* [[Phototrophie|Phototrophe]] Organismen gewinnen Energie primär durch [[Photosynthese]] aus Licht, können aber auch chemische Energie nutzen, z.B. aus körpereigenen Speicherstoffen. Beispiele sind [[Pflanzen]] und [[Cyanobakterien]], daneben aber noch eine Vielfalt [[Phototrophie#Phototrophe_Prokaryoten|phototropher Mikroorganismen]], die auch oft auch anaerob wachsen können.

**Ein Speziellfall sind [[Radiotrophe Pilze]], die im Prinzip chemotrop sind. Sie können zusätzlich Energie aus [[Ionisierende Strahlung|ionisierender Strahlung]] gewinnen. Diese Form der Energiegewinnung wurde bisher nur für wenige Pilze mit dem Pigment [[Melamin]] beschrieben. Der Reaktionsmechanismus ist unklar.<ref>Dadachova E, Bryan RA, Huang X, Moadel T, Schweitzer AD, Aisen P, Nosanchuk JD, Casadevall A: ''Ionizing Radiation Changes the Electronic Properties of Melanin and Enhances the Growth of Melanized Fungi''. In: ''PLoS ONE'' 2 (2007): e457 {{doi|10.1371/journal.pone.0000457}} [http://www.plosone.org/article/fetchObjectAttachment.action;jsessionid=3768570BCCB6979487E75AF184FF9C85.ambra01?uri=info%3Adoi%2F10.1371%2Fjournal.pone.0000457&representation=PDF pdf]</ref>
Bei [[Mikroorganismus|Mikroorganismen]] finden sich weitere Typen des Stoffwechsels, siehe dazu [[Stoff- und Energiewechsel]].


== Siehe auch ==
== Siehe auch ==

Version vom 10. Juni 2015, 16:05 Uhr

Übergeordnet
Biologischer Prozess
Untergeordnet
Biosynthese
Katabolismus
Transport
Gene Ontology
QuickGO

Als Stoffwechsel oder Metabolismus (Vorlage:ELSalt2 metabolismós „Stoffwechsel“, mit lateinischer Endung -us) bezeichnet man die Gesamtheit der chemischen Prozesse in Lebewesen. Dabei wandelt der Organismus chemische Stoffe in Zwischenprodukte (Metaboliten) und Endprodukte um. Diese biochemischen Vorgänge dienen dem Aufbau und der Erhaltung der Körpersubstanz (Baustoffwechsel) sowie der Energiegewinnung für energieverbrauchende Aktivitäten (Energiestoffwechsel) und damit der Aufrechterhaltung der Körperfunktionen. Wesentlich für den Stoffwechsel sind Enzyme, die chemische Reaktionen beschleunigen und lenken (katalysieren).

Werden von außen aufgenommene, fremde Stoffe umgesetzt, so spricht man auch von Fremdstoffmetabolismus. Der Umbau organismenfremder Stoffe in organismeneigene Stoffe wird Assimilation genannt. Das Gegenteil ist die Dissimilation (Abbau organismeneigener Stoffe). Zum Stoffwechsel gehört auch die Umwandlung schädlicher Stoffe in ausscheidbare Stoffe (Biotransformation).

Stoffwechselvorgänge werden vor allem in der Biochemie erforscht. In der Medizin und Physiologie sind sie von großer Bedeutung (siehe auch Stoffwechselstörung). Sie können aber auch physikalisch gedeutet werden, als Austausch von freier Energie gegen Ordnung: Lebewesen erhöhen in sich die Ordnung und verbrauchen dabei Energie. Im Organismus nimmt die Entropie (Unordnung) ab, in der Umgebung nimmt sie zu.

Kataboler und anaboler Stoffwechsel

Der gesamte Stoffwechsel kann eingeteilt werden in katabole Reaktionen, welche durch den Abbau von chemisch komplexen Nahrungsstoffen zu einfacheren Stoffen Energie liefern (Katabolismus), und anabole Reaktionen, welche unter Energieverbrauch körpereigene Stoffe aus einfachen Bausteinen aufbauen (Anabolismus).

Katabolismus und Anabolismus haben eine gemeinsame Schnittstelle: Im Intermediärstoffwechsel werden relativ einfache Moleküle umgebaut, die als Zwischenprodukte (Metaboliten) sowohl vom katabolen als auch vom anabolen Stoffwechsel bereitgestellt werden können.

Stoffwechselwege

Der Stoffwechsel ist ein komplexes Netzwerk von einzelnen Reaktionen. Gruppen von Reaktionen, die unmittelbar aufeinander folgen, werden Stoffwechselwege genannt. Diese können linear (z. B. Glycolyse) oder zyklisch (z. B. Citratzyklus) sein.

Die meisten Stoffwechselwege sind amphibol, das heißt, sie laufen in verschiedenen Schritten katabol und anabol ab. Auch wenn viele Einzelschritte reversibel sind, ist der ganze Stoffwechselweg immer irreversibel, da mindestens ein Reaktionsschritt nur in anabole oder katabole Richtung verläuft.

Stoffwechselrate

Die Geschwindigkeit der Energiebereitstellung durch den Energiestoffwechsel wird Stoffwechselrate oder Metabolismusrate genannt. Sie ist als Energieumsatz des Organismus pro Zeiteinheit definiert. Die basale Stoffwechselrate ist der Energieverbrauch bei völliger Ruhe; insbesondere beim Menschen spricht man vom Grundumsatz.

Reaktionstypen

Enzymatisch katalysierte Reaktionen

Nach dem IUPAC/IUBMB Enzym-Klassifikationssystem gibt es sechs Hauptgruppen von Enzymreaktionen.[1] Dadurch kann auch der Stoffwechsel, in dem Reaktionen durch Enzyme katalysiert werden, ebenfalls in sechs Gruppen von Reaktionen unterteilt werden, nämlich in Redoxreaktionen, Gruppenübertragungsreaktionen, Hydrolysereaktionen, Lyase-Reaktionen (Addition, Hydratisierung), Isomerisierungsreaktionen und Ligationsreaktionen.

Transport

Der Transport von Stoffen durch Transportproteine kann innerhalb von Zellkompartimenten, außerhalb von Zellen, oder über Kompartimentgrenzen (Biomembrane) hinweg geschehen. Es kann sich um reine Diffusionsprozesse, erleichterte Diffusion oder aktiven, ATP verbrauchenden Membrantransport handeln.

Mit der Transporter Classification Database (TCDB) steht eine von der IUBMB sanktionierte Klassifikation der Transportproteine zur Verfügung, die sich zusätzlich zur Funktion an der Abstammung der Proteine orientiert. Bei dieser Definition von Transport werden allerdings alle Proteine, die Stoffe zeitweilig nur binden und in dieser Zeit selbst transportiert werden (beispielsweise mit dem Blutkreislauf), nicht erfasst. Die Hauptgruppen in der TCDB sind Porine und Ionenkanäle, potenzialgetriebene Transporter, primär aktive Transporter, Phosphotransferasen, Transmembran-Elektronencarrier, Hilfstransporter und andere.

Stoffwechseltypen bei verschiedenen Gruppen von Lebewesen

Der Energiestoffwechsel von Tieren und von Pflanzen weist grundsätzliche Unterschiede auf. Pflanzen betreiben Photosynthese, während Tiere ihre Energie aus Nahrung gewinnen, die in der Atmungskette "verbrannt" wird. Diesem Unterschied liegen ganz unterschiedliche Stoffwechselwege zu Grunde. Noch größere Unterschiede zeigen sich, wenn man alle Lebewesen betrachtet, also nicht nur Eukaryoten (zu denen Tiere und Pflanzen gehören), sondern auch Prokaryoten (Bakterien und Archaeten). Dort gibt es Stoffwechseltypen, die Organismen Wachstum auch in Biotopen ermöglicht, wo pflanzliches und tierisches Leben nicht möglich ist.

Übersicht

Stoffwechseltypen, auf denen das Leben unterschiedlicher Organismen beruht.[2]
Kriterium Unterscheidungs-
kriterium		 Bezeichnung des Stoffwechseltyps ("Trophie")
Energiequelle
Quelle zur Regeneration von ATP?		 Licht Photo-   -trophie
Redoxreaktion Chemo-
Elektronendonator
Herkunft der Reduktionsäquivalente (NADPH) für den Baustoffwechsel		 anorganische   Litho-  
organische Verbindungen Organo-
Kohlenstoffquelle
Herkunft des Kohlenstoffs für die Biosynthese		 Kohlendioxid   Auto-
organische Verbindungen Hetero-

Beispiele

Energiegewinnung

Alle bekannnten Lebewesen benötigen eine Energiequelle, um Adenosintriphosphat (ATP) aus ADP zu regenerieren. Die ATP liefert dann die Energie für den Aufbau von Biomasse.

Siehe auch

Einzelnachweise

  1. ↑ IUPAC Enzymnomenklaturempfehlung: Recommendations of the Nomenclature Committee of the International Union of Biochemistry and Molecular Biology on the Nomenclature and Classification of Enzymes by the Reactions they Catalyse., Stand: 24. Mai 2013, abgerufen am 26. Mai 2013.
  2. ↑ Madigan MT, Martinko JM: Brock Mikrobiologie. München, 2006: 604,621 ISBN 3-8273-7187-2
  3. ↑ Dadachova E, Bryan RA, Huang X, Moadel T, Schweitzer AD, Aisen P, Nosanchuk JD, Casadevall A: Ionizing Radiation Changes the Electronic Properties of Melanin and Enhances the Growth of Melanized Fungi. In: PLoS ONE 2 (2007): e457 doi:10.1371/journal.pone.0000457 pdf

Weblinks

Wikibooks: Biochemie und Pathobiochemie – Lern- und Lehrmaterialien
Commons: Metabolism – Sammlung von Bildern, Videos und Audiodateien
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