Was ist oxidativer Stoffwechsel?
Der oxidative Metabolismus ist die katabolische erste Stoffwechselhälfte, in der die Zelle Moleküle in Energie oder Adenosintriphosphat (ATP) aufspaltet. Die zweite Hälfte des Stoffwechsels beinhaltet die Verwendung dieser zellulären Energie, um Moleküle wie Gewebe und Organe aufzubauen, und wird als Anabolismus bezeichnet. Die aerobe Zellatmung, ein Prozess, der die Verwendung von Sauerstoff erfordert, ist die effizienteste Form der ATP-Produktion. ATP kann auch ohne Anwesenheit von Sauerstoff anaerob hergestellt werden.
Der oxidative Stoffwechsel beginnt mit dem Abbau von organischen Nährstoffen wie Kohlenhydraten, Zuckern, Proteinen, Vitaminen und Fetten. Glukose, ein einfacher Zucker, ist der häufigste Nährstoff, der in einem als Glykolyse oder Glukosestoffwechsel bekannten Prozess abgebaut wird. Der Glukosestoffwechsel produziert zwei Pyruvatmoleküle, die in die Mitochondrien der Zelle gelangen und in den Krebszyklus eingeleitet werden. Das Mitochondrium ist eine Organelle, die den Rest der Zelle mit zellulärer Energie versorgt.
Der Krebs-Zyklus, der sowohl als Zitronensäure-Zyklus als auch als Tricarbonsäure-Zyklus (TCA-Zyklus) bezeichnet wird, beschreibt den oxidativen Teil des oxidativen Metabolismus. Oxidation ist die Reduktion von Elektronen und die Freisetzung von Energie. Dieser Zyklus beginnt mit einem Pyruvatmolekül, das nach einer Reihe chemischer Reaktionen als Oxalessigsäure in den Zyklus eingegeben wird. Der Zyklus beginnt und endet mit Oxalessigsäure, die während des Zyklus eine Reihe enzyminitiierter chemischer Reaktionen durchläuft, um Energie zu erzeugen.
Im Zitronensäurekreislauf entstehen durch Oxidation der Kohlenstoffatome Kohlendioxid und Energie. Es gibt zwei Pyruvatmoleküle, die von einer Glukosestoffwechselreaktion in die Mitochondrien eingegeben werden, sodass der TCA-Zyklus zur Vervollständigung zwei Zyklusumdrehungen umfasst. Jede Runde produziert eine ATP, und so werden am Ende zwei ATP produziert. Der oxidative Metabolismus ist insofern ein effizienter Prozess, als er zahlreiche Nebenprodukte, sogenannte Reaktionszwischenprodukte, erzeugt, die nach Beendigung des Katabolismus fast sofort für den Anabolismus verwendet werden.
Der oxidative Stoffwechsel wird durch Krankheiten wie Typ-1-Diabetes beeinflusst. Typ-1-Diabetes verhindert, dass Glukose in die Zelle gelangt, und wenn sie unbehandelt bleibt, steht für die normale Energieerzeugung über Glykolyse keine Glukose zur Verfügung. Der Körper greift dann auf den Abbau von Fettsäuren zurück, um sich selbst zu befeuern. Der Abbau von Fettsäuren führt zu einem als Ketonkörper bekannten sauren Nebenprodukt. Unbehandelt säuert die Menge der Ketonkörper den potenziellen Wasserstoff (pH) des Blutes an und führt zur lebensbedrohlichen Ketoazidose.