Stoffwechsel

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Einleitung

Stoffwechsel oder Metabolismus, alle biochemischen Reaktionen, mit denen Lebewesen ihren Organismus aufbauen, versorgen und die dafür notwendige Energie gewinnen.

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Anabolismus, Katabolismus und Amphibolismus

In den Zellen jedes Lebewesens laufen gleichzeitig viele verschiedene Stoffwechselprozesse ab, die sich in drei Kategorien einordnen lassen: Anabolismus, Katabolismus und Amphibolismus. Der Anabolismus (auch Assimilation) umfasst den Aufbau von Substanzen für das Wachstum oder die Neubildung von Zellen, Geweben und Organen. Der Katabolismus (auch Dissimilation) umfasst die Energieproduktion und den Abbau von Stoffen, die als Abfallstoffe aus dem Organismus ausgeschieden werden. Anabolismus und Katabolismus sind über zahlreiche chemische Zwischenprodukte miteinander vernetzt; der Umbau dieser Zwischenprodukte wird als Amphibolismus (oder Intermediärstoffwechsel) zusammengefasst.

Die Endprodukte des Anabolismus sind organische Makromoleküle, vor allem Lipide, Polysaccharide, Proteine und Nucleinsäuren. Ausgangsstoffe sind einfache anorganische Moleküle wie Kohlendioxid und Ammoniak. Anorganische Moleküle dienen jedoch nur den Pflanzen und anderen autotrophen Organismen als Ausgangsstoffe für den anabolen Stoffwechsel. Tiere und andere heterotrophe Organismen sind dazu nicht in der Lage, ihr Stoffwechsel ist auf organische Ausgangsstoffe angewiesen, aus denen sie die nötige Energie für ihre anabolen Prozesse gewinnen. Alle Lebewesen sind daher miteinander in einem Nahrungsnetz verbunden, in dem Energie und Nährstoffe von einem Organismus zum anderen weitergegeben werden.

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Energieversorgung durch Nahrungsnetze

Lebewesen können die für den Stoffwechsel notwendige Energie nicht selbst erzeugen, sondern sind auf Energiezufuhr von außen angewiesen. Zugeführt wird diese Energie in fast allen Nahrungsnetzen durch das Sonnenlicht. Nur einige Mikroorganismen können aus chemischen Substanzen Energie gewinnen, z. B. Schwefelbakterien an den hydrothermalen Schloten der Tiefsee. Die mit Hilfe des Pigments Chlorophyll eingefangene Sonnenenergie nutzen die Pflanzen zum Aufbau energiereicher organischer Stoffe. Dieser anabole Stoffwechselprozess bildet die Grundlage aller Nahrungsnetze und wird als Photosynthese bezeichnet.

Pflanzenfresser nehmen die energiereichen Stoffe aus der Photosynthese auf, Fleischfresser wiederum nutzen die energiereichen Stoffe aus dem anabolen Stoffwechsel der Pflanzenfresser. Nach dem Tod jedes Lebewesens werden die energiereichen Stoffe, aus denen der Organismus aufgebaut war, von Destruenten zersetzt. Dieser Abbauprozess liefert den Destruenten ihrerseits Energie für den eigenen Stoffwechsel. Am Ende entstehen wieder anorganische Nährstoffe für die Photosynthese der Pflanzen. Siehe auch Nährstoffkreislauf

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Stoffwechsel der Nährstoffe

Die wichtigsten Nährstoffe sind Kohlenstoff, Sauerstoff, Stickstoff, Wasserstoff, Phosphor und Schwefel. Pflanzen nehmen sie in Form der anorganischen Substanzen Kohlendioxid, Wasser, Nitrat bzw. Ammonium, Phosphat und Sulfat auf, Tiere vor allem in Form von Proteinen, Kohlenhydraten und Fetten. Diese chemisch unterschiedlich aufgebauten organischen Moleküle, allesamt Kohlenstoffverbindungen, bilden auf verschiedenen Stoffwechselwegen dieselben Zwischenprodukte. Dazu gehören Pyruvat und Acetyl-CoA (Acetyl-Coenzym A; auch aktivierte Essigsäure), das in den Citratzyklus, den zentralen Stoffwechselkreislauf, eingeht. Siehe auch Kohlenstoffkreislauf