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Stoffwechsel: Einführung und Überblick

 

Stoffwechsel – der Metabolismus, abgeleitet vom Griechischem μεταβολή (metabole): verändern – bezeichnet eine Vielzahl von chemischen Prozessen, die in lebenden Zellen stattfinden und in deren Verlauf Stoffe umgewandelt – also verändert – werden. Diese Prozesse erlauben es Organismen, ihre Struktur aufrecht zu erhalten, zu wachsen, sich fortzupflanzen, sich zu bewegen und auf Reize aus der Umwelt zu reagieren – also, die Merkmale des Lebendigen zu erfüllen.


Dabei können Stoffwechselprozesse in zwei große Gruppen unterteilt werden: Anabolismus bzw. Assimilation und Katabolismus bzw. Dissimilation.


Anabolismus/Assimilation

Eine vereinfachte Darstellung des Zellstoffwechsels

© Linares-Pastén, J. A. (2018)

Bild verändert nach:  

             https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Metabolism.png

Licence: CC BY-SA 4.0 

             (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/4.0/deed.en)

Der Begriff Anabolikums bzw. Assimilation fasst Stoffwechselprozesse zusammen, die aufbauend sind. Unter Energieverbrauch werden dabei größere Moleküle erzeugt, die energiereicher sind als die Ausgangsstoffe, aus denen sie erstellt werden. Dabei können assimilierende Prozesse in autotrophe und heterotrophe Prozesse unterschieden werden.


Autotroph leitet sich aus den griechischen Wörtern άυτος ((autos): selbst) und τρόϕειν ((trophein): ernähren) ab. Organismen, die sich autotroph ernähren, bauen nicht auf andere Organismen als Nahrungsquelle auf. Vielmehr nehmen sie anorganische Stoffe auf, die sie mithilfe von Energie, die aus nicht-lebenden Quellen stammt, in organische Verbindungen umwandeln. Je nachdem, woher diese Organismen ihre Energie bekommen, unterscheidet man chemo-autotrophe und foto-autotrophe Ernährung. Letzte kommt bei grünen Pflanzen und Cyanobakterien vor. Sie führen Fotosynthese aus, bei der die benötigte Energie aus dem Sonnenlicht stammt (griechisch ϕοτος (photos): Licht). Im Gegensatz dazu sind einige Bakterien, wie z.B. Schwefelbakterien, Eisenbakterien und nitrifizierende Bakterien, in der Lage, ihren Energiebedarf durch exergone chemische Reaktionen zu decken. Sie führen Chemosynthese – auch Chemoautolithotrophie genannt – durch.


Der Begriff heterotroph leitet sich ebenfalls aus dem Griechischen ab. Er ist zusammengesetzt aus ἕτερος ((heteros): anderer) und τρόϕειν ((trophein): ernähren) und charakterisiert damit Lebewesen, die sich von anderen Lebewesen ernähren, d.h. ihre Baustoffe und Energie dem Gewebe anderer Lebewesen entnehmen. Diese Ernährungsform liegt bei einigen Bakterien, Pilzen und Tieren vor. Sogar eine kleine Zahl an Pflanzen ernährt sich heterotroph: die fleischfressenden Pflanzen, wie z.B. die Venus-Fliegenfalle.

In den meisten Fällen muss die Nahrung erst in ihre Bestandteile zerlegt werden, bevor sie in den Körper des heterotrophen Organismus aufgenommen werden kann. Hier findet nun die heterotrophe Assimilation statt, wenn jene Bausteine wieder zu Makromolekülen zusammengesetzt werden – diesmal jedoch nach der „Bauanleitung“ des Organismus, der sie aufgenommen hat, wodurch die neu gebildeten Stoffe nun körpereigen sind. Ein Beispiel für diesen Prozess ist die Proteinbiosynthese. Zwar nimmt ein heterotropher Organismus viele der Aminosäuren, die zum Aufbau seiner Proteine benötigt werden, mit der Nahrung auf und produziert sie nicht selbst. Die Information, wie diese Aminosäuren zu Proteine zusammengesetzt werden sollen, entstammt aber der DNA des jeweiligen Organismus. Das fertige Protein ist energiereich, organisch und körpereigen und kann im Organismus eine Vielzahl von Funktionen erfüllen.



Katabolismus/Dissimilation

Der Begriff Katabolismus bzw. Dissimilation hingegen umfasst jene Stoffwechselprozesse, die abbauend sind. Dabei sind die Reaktionsprodukte energieärmer als die Ausgangsstoffe. Diese Stoffwechselprozesse machen chemische Energie verfügbar – meist in Form von ATP (Adenosintriphosphat), die im Organismus dann für andere Prozesse bereitsteht. Früher wurde meist zwischen aerober und anaerober Dissimilation unterschieden, wobei man die Atmung mit der aeroben – Luft benötigenden – Dissimilation gleichsetzte und die Gärung der anaeroben – Luft nicht benötigenden - Dissimilation zuordnete.

Heute weicht die Klassifikation leicht ab. Man unterteilt die Dissimilation in Atmung und Gärung, weil man weiß, dass Atmung Gärung sowohl aerob als auch anaerob ablaufen können.

 

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