Intermediärstoffwechsel

Katabolismus ist der großteils oxidative Abbau großer Nährstoffmoleküle (Kohlenhydrate, Fette, Proteine) zu kleineren einfacheren Molekülen. Verbunden mit dem Katabolismus ist die Freisetzung der von den komplizierten Strukturen der großen organischen Molekülen gebundene Freie Energie und deren Konservierung in Form der energiereichen Phosphatbindung im Adenosintriphosphat (ATP).

Der Katabolismus der Hauptnahrungsstoffe erfolgt innerhalb von 3 Hauptstufen:

1. Auf Stufe 1 werden die großen Nährstoffmoleküle in ihre Bausteine zerlegt. Polysaccharide in Hexosen oder Pentosen, Fette zu Fettsäuren, Glycerin und anderen Komponenten, Proteine in einzelne Aminosäuren
2. Auf Stufe 2 werden die Produkte der Stufe 1 gesammelt und in eine kleine Anzahl einfacherer Moleküle verwandelt.
3. Diese Produkte der Stufe 2 werden dann in Stufe 3, dem allgemeinen Endabbau zugeleitet, durch den sie schließlich zu Kohlendioxid und Wasser oxidiert werden.

Als Anabolismus wird die enzymatische Synthese relativ großmolekularer Zellbestandteile aus einfacheren Vorstufen bezeichnet. Da dieser Syntheseprozeß eine Zunahme von Größe und Kompliziertheit der Struktur und damit eine Abnahme der Entropie bewirkt, erfordert er die Zufuhr von Freier Energie. Diese wird der Phosphatbindung im ATP entnommen. Auch der Anabolismus erfolgt in drei Stufen. Er beginnt mit kleinen Bausteinen aus der Stufe 3 des Katabolismus. Somit haben Katabolismus und Anabolismus die Stufe 3 gemeinsam.

Obwohl die katabolischen und anabolischen Wege nicht identisch sind, so stellt doch die Stufe 3 ein mit beiden Wegen verbundenes zentrales Sammelbecken bzw. einen gemeinsamen Stoffwechselweg dar.

Dieser zentrale Weg, der als amphibolisch bezeichnent wird, hat eine doppelte Funktion (amphi = beide). Er kann katabolisch den vollständigen Abbau kleinerer Moleküle aus Stufe 2 des Katabolismus bewirken. Er kann aber auch anabolisch wirksam sein, in dem er kleine Moleküle als Ausgangsstoffe für die anabolische Stufe 2 liefert.

Katabolismus und Anabolismus basieren auf zwei gleichzeitigen und voneinander abhängigen Prozessen:

• Der erste Prozess umfasst die aufeinanderfolgenden enzymatischen Reaktionen, durch die Biomoleküle auf- oder abgebaut werden. Die chemischen Intermediärprodukte innerhalb dieses Prozesses werden als Metabolite und das ganze Geschehen als Intermediärstoffwechsel bezeichnet.
• Der zweite Prozess ist der für jede Reaktion des Intermediärstoffwechsels charakteristische Energieaustausch, die so genannte Energiekopplung: Bei bestimmten Schritten innerhalb der katabolischen Reaktionsfolge kann die chemische Energie der Metaboliten konserviert werden, und zwar gewöhnlich als energiereiche Phosphatbindung. Sie wird dann bei bestimmten Reaktionen innerhalb der anabolischen Sequenz wieder genutzt.