Was sind die verschiedenen Arten von Stoffwechselwegen?
Stoffwechselwege umfassen die grundlegenden chemischen Reaktionen, die den Zellen die Energie geben, am Leben zu bleiben und sich selbst zu reparieren. Die Zellatmung ist die zentrale Stoffwechselaktivität und funktioniert auf drei verschiedenen Wegen - Glykolyse, Krebszyklus und oxidative Phosphorylierung -, die energiereiche Moleküle zu Brennstoffzellen machen. Verschiedene Stoffwechselwege sind auf die Herstellung von Proteinen, Nukleinsäuren und anderen essentiellen Molekülen spezialisiert. Giftige Nebenprodukte des Stoffwechsels werden im Harnstoffkreislauf entsorgt.
Es gibt zwei Klassen von Stoffwechselreaktionen: Anabolismus, der Energie zum Aufbau von Proteinen und anderen zellulären Bestandteilen verwendet, und Katabolismus, der Energie erzeugt, indem Lebensmittel in energiereiche Verbindungen zerlegt werden. Die meisten Stoffwechselwege fallen in eine dieser Kategorien. Wege werden durch Enzyme katalysiert, die jede einzelne chemische Reaktion regulieren und dabei in der Regel viele Zwischenverbindungen und Kettenreaktionen erzeugen. An vielen Punkten in der Evolution des Lebens wurden dieselben Moleküle verwendet, um unterschiedliche Stoffwechselbedürfnisse zu befriedigen, sodass dieselben Enzyme den Stoffwechsel in vielen verschiedenen Organismen lenken.
Die Zellatmung wandelt Lebensmittel in ein hochenergetisches Molekül, Adenosintriphosphat (ATP), um, das die Zellen zur Energiegewinnung verwenden. Es umfasst drei Stoffwechselwege. Die erste davon, die Glykolyse, ist die Aufspaltung von Glucose, einem Zucker mit sechs Kohlenstoffatomen, in zwei Moleküle eines Zuckers mit drei Kohlenstoffatomen und in Acetyl-Coenzym A. Die Glykolyse erzeugt zwei Moleküle ATP zusammen mit anderen energiereichen Molekülen. Im anaeroben Stoffwechsel, wie er in einigen Bakterien und Hefen vorkommt, wird Glykolyse als Fermentation bezeichnet und ist eine Einzelschrittform der Zellatmung.
Bei Tieren ist die Glykolyse nur der erste Schritt der Zellatmung. Sein zweiter Stoffwechselweg ist der Zitronensäurezyklus, auch Krebs- oder TCA-Zyklus genannt. Dies beginnt, wenn das Acetyl-Coenzym A aus der Glykolyse in mehrere energietragende Chemikalien und in zwei ATP-Moleküle umgewandelt wird. Der letzte Stoffwechselweg in der Zellatmung ist die oxidative Phosphorylierung, für deren Start Sauerstoff und eine Reihe elektronentragender Moleküle erforderlich sind. Dieser Weg nutzt die Übertragung von Elektronen von den energiereichen Chemikalien auf Sauerstoff, um die Produktion von ATP voranzutreiben.
Beta-Oxidation ist ein Stoffwechselweg, der Fettsäuren in ATP umwandelt. Der Fettstoffwechsel umfasst sowohl den Abbau von ATP als auch den Abbau von Phospholipiden. Proteine werden auf vielen verschiedenen Wegen in ihre Aminosäurebestandteile zerlegt, angefangen bei der Verdauung bis hin zur Verarbeitung auf zellulärer Ebene. Zwei weitere übliche Stoffwechselwege sind der Harnstoffzyklus, bei dem die durch den Stickstoffstoffwechsel gebildeten Toxine aus dem Körper entfernt werden, und die Glykogenese, bei der Glucose zur Langzeitspeicherung in Stärke umgewandelt wird.