AlsStoffwechsel oderMetabolismus (altgriechischμεταβολισμόςmetabolismós, deutsch‚Stoffwechsel‘, mitlateinischer Endung-us) bezeichnet man allechemischen Umwandlungen von Stoffen im Körper vonLebewesen, beispielsweise die Umwandlung von Nahrungsmitteln in Zwischenprodukte (Metaboliten) und Endprodukte. Diesebiochemischen Vorgänge dienen dem Aufbau, Abbau und Ersatz bzw. Erhalt der Körpersubstanz (Baustoffwechsel) sowie der Energiegewinnung für energieverbrauchende Aktivitäten (Energiestoffwechsel) und damit der Aufrechterhaltung der Körperfunktionen und somit des Lebens. Wesentlich für den Stoffwechsel sindEnzyme, die chemische Stoffumsetzungen beschleunigen und lenken (katalysieren).

Werden von außen aufgenommene, fremde Stoffe umgesetzt, so spricht man auch vonFremdstoffmetabolismus. Der Umbau organismenfremder Stoffe in organismeneigene Stoffe wirdAssimilation genannt. Das Gegenteil ist dieDissimilation (Abbau organismuseigener Stoffe). Zum Stoffwechsel gehört auch die Umwandlung schädlicher Stoffe in ausscheidbare Stoffe (Biotransformation).

Stoffwechselvorgänge werden vor allem in der Biochemie erforscht. In derMedizin undPhysiologie sind sie von großer Bedeutung (siehe auchStoffwechselstörung). Sie können aber auchphysikalisch gedeutet werden, als Austausch vonfreier Energie gegen Ordnung: Lebewesen erhöhen in sich die Ordnung und verbrauchen dabei Energie. Im Organismus nimmt dieEntropie (Unordnung) ab, in der Umgebung nimmt sie zu.

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: ImIntermediärstoffwechsel werden relativ einfacheMoleküle umgebaut, die als Zwischenprodukte (Metaboliten) sowohl vom katabolen als auch vom anabolen Stoffwechsel bereitgestellt werden können.

Einige Stoffwechselwege und ihre Verknüpfung(Substanzen zum Anklicken)

Der Stoffwechsel ist ein komplexes Netzwerk einzelner Reaktionen. Gruppen von Reaktionen, die unmittelbar aufeinander folgen, werdenStoffwechselwege 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 Einzelschrittereversibel sind, ist der ganze Stoffwechselweg immerirreversibel, da mindestens ein Reaktionsschritt nur in anabole oder katabole Richtung verläuft.

Die Geschwindigkeit der Energiebereitstellung durch denEnergiestoffwechsel wird Stoffwechselrate oderMetabolismusrate genannt. Sie ist als Energieumsatz des Organismus pro Zeitspanne definiert. Die basale Stoffwechselrate ist der Energieverbrauch bei völliger Ruhe; insbesondere beim Menschen spricht man vomGrundumsatz.

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

Zell- undBiomembranen sind keineswegs nur „Beutel“, in denen sich Enzyme und ihre Reaktionspartner frei bewegen können. Vielmehr bilden sie für geladene Moleküle (Ionen) eine undurchdringliche Barriere. In den Membranen finden sich allerdingsMembranproteine, die selektiv Ionen durch die Membran durchlassen oder sogar aktiv transportieren. Letztere sorgen durch den Export vonKationen dafür, dass die Membranen außen positiv und innen negativ elektrisch geladen sind (Membranpotential). In dieser Ladung steckt Energie. Sie wird für eine Reihe von Transport- und Bewegungsprozessen frei, wenn die Kationen zurück fließen.

So fließt durch die Membranen praktisch aller lebenden Zellen ständig ein Strom von positiv geladenen Teilchen.

Angetrieben wird dieser Strom durchexergone chemische Reaktionen. So verbrauchenNervenzellen kontinuierlichATP, um ihr Membranpotential aufrechtzuerhalten. Das geschieht dort durchATPasen, die alsNatrium-Kalium-Pumpen fungieren.

Die Regenerierung des verbrauchten ATP basiert bei nahezu allen Lebewesen fast ausschließlich auf der Nutzung des Membranpotentials durch das EnzymATP-Synthase (Abb.). In dafür spezialisierten Organellen (denMitochondrien) derTiere undPflanzen sowie in nahezu allenArchaeen undBakterien fungierenOxidoreduktasen als Kationen-Pumpen, die das Membranpotential aufrechterhalten. Beim Menschen sind das die Enzyme derAtmungskette. Pflanzen verwenden dafür auch ihrenPhotosynthese-Apparat in denChloroplasten.

Der Transport von Stoffen durchTransportproteine kann innerhalb vonZellkompartimenten, außerhalb von Zellen, oder über Kompartimentgrenzen (Biomembrane) hinweg geschehen. Es kann sich um reineDiffusionsprozesse,erleichterte Diffusion oder aktiven,ATP verbrauchendenMembrantransport handeln.

Mit derTransporter 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 demBlutkreislauf), nicht erfasst. Die Hauptgruppen in der TCDB sindPorine undIonenkanäle, potenzialgetriebene Transporter, primär aktive Transporter,Phosphotransferasen, Transmembran-Elektronencarrier, Hilfstransporter und andere.

Pflanzen,Algen, einigeBakterien undArchaea betreibenPhotosynthese. Sie verwenden die Energie desLichts, umKohlenstoffdioxid (bei Landpflanzen aus derLuft stammend), Wasser und andere Ausgangsstoffe in körpereigenes Material umzuwandeln. Dieses dient entweder sofort dem weiteren Aufbau undWachstum des Organismus, oder es dient als Speicherstoff, wie zum BeispielKohlenhydrate (siehe auchCalvin-Zyklus). DieReservestoffe 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.

Tiere verstoffwechseln (metabolisieren) bei ihrerVerdauung andere Organismen oder deren Speicherstoffe (etwa Kohlenhydrate,Proteine oderFette), siehe auchChemotrophie.

BeiMikroorganismen finden sich weitere Typen des Stoffwechsels.

Darüber hinaus ist in der Ratgeberliteratur zu Ernährung undDiäten gelegentlich von verschiedenen „Stoffwechseltypen“ beim Menschen die Rede, sieheMetabolic Typing. Mit der oben genannten Einteilung der Lebewesen habenindividuelle Besonderheiten innerhalb einzelnerArten nichts zu tun. Menschen unterscheiden sich in Merkmalen ihres Stoffwechsels ebenso wie in anderen Merkmalen. Die Lehre von bestimmten „Typen“ gilt jedoch als spekulativ und unwissenschaftlich.

Über Stoffwechseluntersuchungen amSäugling berichtete 1896Johann Friedrich Wilhelm Camerer.Otto Heubner undMax Rubner verglichen in ihren Studien um 1898/1899 den Säuglingsstoffwechsel von gesunden und atrophischen Kindern.^[2]

• Aminosäuren-Stoffwechsel,Glucose-Stoffwechsel,Eisenstoffwechsel
• Fritz Albert Lipmann
• Hungerstoffwechsel
• Metabolom,Tumor-Metabolom
• Pasteur-Effekt (anaerobe Verstoffwechslung vonD-Glucose)
• Spurenelement
• Endokrinologie
• Cometabolismus

• Pschyrembel Klinisches Wörterbuch. Begründet von Willibald Pschyrembel. Bearbeitet von der Wörterbuchredaktion des Verlags. 255. Auflage. De Gruyter, Berlin 1986, S. 1601 f.

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Wiktionary: Stoffwechsel – Bedeutungserklärungen, Wortherkunft, Synonyme, Übersetzungen

• Biochemistry of Metabolism – umfassende Informationen zu denbiochemischen Aspekten des Themas Stoffwechsel (englisch)
• SuperCYP: Datenbank für Cytochrom-Metabolismus (englisch)
• Roche’sBiochemical Pathways als „Landkarte“ zum Navigieren

1. ↑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. IUPAC Enzymnomenklaturempfehlung, Stand: 24. Mai 2013; abgerufen am 26. Mai 2013.
2. ↑Paul Diepgen,Heinz Goerke:Aschoff/Diepgen/Goerke: Kurze Übersichtstabelle zur Geschichte der Medizin. 7., neubearbeitete Auflage. Springer, Berlin/Göttingen/Heidelberg 1960, S. 50.

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