Der Stoffwechsel eines Organismus ist die Summe aller chemischen Reaktionen, die im Organismus stattfinden. Diese chemischen Reaktionen fallen in zwei grundlegende Kategorien:

• Anabolismus: Aufbau von Polymeren (große Moleküle, die die Zelle benötigt).
• Katabolismus: Abbau von Polymeren zur Freisetzung von Energie.

Das bedeutet, dass sich der Stoffwechsel aus Synthese (Anabolismus) und Abbau (Katabolismus) zusammensetzt (Abbildung 1).

Es ist wichtig zu wissen, dass die chemischen Reaktionen der Stoffwechselwege nicht von selbst ablaufen. Jeder Reaktionsschritt wird durch ein Protein, ein sogenanntes Enzym, erleichtert oder katalysiert. Enzyme sind wichtig, um alle Arten von biologischen Reaktionen zu katalysieren – sowohl solche, die Energie benötigen, als auch solche, die Energie freisetzen. Lesen Sie das Kapitel über Enzyme, wenn Sie eine Erinnerung an dieses Thema brauchen.

Betrachten Sie den Stoffwechsel von Zucker (einem Kohlenhydrat). Dies ist ein klassisches Beispiel für einen der vielen zellulären Prozesse, die Energie nutzen und erzeugen. Lebewesen verbrauchen Zucker als Hauptenergiequelle, da Zuckermoleküle in ihren Bindungen sehr viel Energie speichern. In den meisten Fällen stellen photosynthetisierende Organismen wie Pflanzen diesen Zucker her. Bei der Photosynthese wandeln Pflanzen mit Hilfe von Energie (ursprünglich aus dem Sonnenlicht) Kohlendioxidgas (CO2) in Zuckermoleküle um (z. B. Glucose: C6H12O6). Dabei verbrauchen sie Kohlendioxid und produzieren Sauerstoff als Abfallprodukt. Diese Reaktion lässt sich wie folgt zusammenfassen:

6CO2 + 6H2O->C6H12O6 + 6O2

Erinnern Sie sich aus der Chemie, dass die Abkürzung „CO2“ „ein kovalent an zwei Sauerstoffatome gebundenes Kohlenstoffatom“ bedeutet. Wasser, „H2O“, besteht aus zwei Wasserstoffatomen, die kovalent an ein Sauerstoffatom gebunden sind. Und „C6H12O6“ hat 6 Kohlenstoffatome, 12 Wasserstoffatome und 6 Sauerstoffatome, die kovalent aneinander gebunden sind.

Der Prozess der Herstellung von Glukose aus Kohlendioxid und Wasser erfordert eine Energiezufuhr, da Glukose mehr Energie in ihren molekularen Bindungen enthält als Kohlendioxid.

Im Gegensatz dazu werden Energiespeichermoleküle wie Glukose verbraucht, um aufgespalten zu werden und ihre Energie zu nutzen. Die Reaktion, bei der die Energie eines Zuckermoleküls in Zellen, die zum Überleben Sauerstoff benötigen, gewonnen wird, lässt sich als Umkehrreaktion zur Photosynthese zusammenfassen. Bei dieser Reaktion wird Sauerstoff verbraucht und Kohlendioxid als Abfallprodukt freigesetzt. Die Reaktion lässt sich wie folgt zusammenfassen:

C6H12O6 + 6O2->6H2O + 6CO2

Beide Reaktionen umfassen viele Schritte.

Die Prozesse des Auf- und Abbaus von Zuckermolekülen stellen zwei Beispiele für Stoffwechselwege dar. Ein Stoffwechselweg ist eine Reihe von chemischen Reaktionen, bei denen ein Ausgangsmolekül schrittweise über eine Reihe von Stoffwechselzwischenprodukten verändert wird, bis schließlich ein Endprodukt entsteht. Im Beispiel des Zuckerstoffwechsels synthetisiert der erste Stoffwechselweg Zucker aus kleineren Molekülen, und der andere Weg zerlegt Zucker in kleinere Moleküle.

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Text angepasst aus: OpenStax, Concepts of Biology. OpenStax CNX. May 18, 2016 http://cnx.org/contents/[email protected]