Metabolismus · Zellstoffwechsel

Der menschliche Körper besteht aus Geweben und diese wiederum aus Gewebezellen, der Grundeinheit biologischer Systeme. Alle Gewebezellen betreiben einen Zellstoffwechsel und sollen ihre eigene spezifische Aufgabe erfüllen. Der Zellstoffwechsel dient neben der Energiegewinnung für energieverbrauchende Aktivitäten auch dem Ziel, die Körperfunktionen und die lebensnotwendigen Körpersubstanzen aufrechtzuerhalten. Der Stoffwechsel erfolgt über biochemische oder biophysikalische Prozesse, welche die Aufnahme, den Transport und die Umwandlung von Stoffen sowie die Abgabe von Stoffwechselendprodukten an die Umgebung gewährleisten.

Bei vielen Krankheiten, Funktionsstörungen oder Schmerzen können Zellen, die geschädigt sind oder die nicht genügend Energie für ihre Aufgaben aufbringen können, der Auslöser sein. Störungen des Zellstoffwechsels machen sich als Stollwechselerkrankungen bemerkbar und können zu reversiblen oder irreversiblen Störungen der Zellstruktur oder einzelner Zellbestandteile führen.

Die Benennung der Zellen erfolgt basierend auf der Gewebeart und der Stoffwechselart.

Eine Knorpelzelle, welche ihre Grundsubstanz benutzt, bezeichnet man als Chondrozyt. Knochengewebe und eine Knochenzelle, welche Knochen abbaut, bezeichnet man als Osteoclast, eine Knochenzelle, die Knochen abbaut, als Osteoblast.

Energiestoffwechsel

Damit unsere Zellen Energie für ihre Aktivitäten erhalten, ist ein Energiestoffwechsel mit dem Ziel, einen hohen Energiegehalt zu produzieren, erforderlich. Dazu wird die Verbindung ATP (AdenosinTriPhosphat) benötigt. Alle unsere Gewebezellen sind in der Lage, ATP herzustellen. In unseren Zellen kann je nach Bedarf ein Energiestoffwechsel oder ein Produktstoffwechsel erfolgen.

Wenn die Aufgabe primär der Energiestoffwechsel ist, definiert man die Zelle als ein Zyt, wie z. B. Chondrozyt. Liegt die Hauptaufgabe auf dem Produktstoffwechsel, dann spricht man von einem Blast, z. B. Osteoblast. Blast-Zellen bauen ihre Grundsubstanz auf, Zyt-Zellen nutzen ihre Grundsubstanz und Clast-Zellen bauen die Grundsubstanz ab.

Es gibt vier mögliche Stoffwechselarten und zwei davon können in der Gewebezelle selbst (Zytosol oder Zytoplasma) und zwei in den Mitochondrien, die innerhalb der Gewebezelle liegen, erfolgen. Folgende Arten des Energiestoffwechsels kennen wir:

  • Anaerob-alaktazid · Umwandlung von Kreatinphosphat und ADP (AdenosinDiPhosphat) in Kreatin und ATP ohne Verwendung von Sauerstoff und ohne dass Laktat entsteht (Lohmannreaktion)
  • Anaerob-laktazid · Unwandlung von Glukose (Glykogen) in Milchsäure (Laktat) und ATP
  • Aerobe Glykolyse · Umwandlung von Glukose oder Glykogen mit Sauerstoff in Kohlendioxid und Wasser
  • Aerobe Lipolyse · Umwandlung von Fettsäuren mit Sauerstoff in Kohlendioxid und Wasser
Bemerkenswert beim Stoffwechsel ist die außerordentliche Vielfalt an chemischen Reaktionen. Viele hundert individuelle und spezifische Prozesse laufen gleichzeitig in einer Zelle ab. Die meisten dieser Prozesse sind chemischen Umwandlungen, die nicht in Form einer einzelnen Reaktion innerhalb der Zelle ablaufen. Es sind Prozesse, welche durch eine ganze Serie von definierten Reaktionen auf einer schrittweisen Veränderung der chemischen Struktur eines Moleküls beruhen. Die produzierten Metabolite (Stoffwechselprodukte) ermöglichen häufig auch Querverbindungen zu anderen Stoffwechselwegen. Daraus resultiert letztlich ein ganzes Netz von chemischen Wechselbeziehungen.
 

 

Mitochondrien

Mitochondrien werden auch als Kraftwerk der Zelle bezeichnet. Die Hauptaufgabe der Mitochondrien ist die Produktion von Energie in Form von ATP. Sie sind die entscheidene Zellorganelle beim aeroben Energiestoffwechsel. Mitochondrien besitzen eine eigene Erbsubstanz in Form von mitochondrialer DNA. Je nach Energiebedarf der Zelltypen können einige wenige bis mehrere Tausend Mitochondrien in einer Zelle vorhanden sein.

Aufgaben

Eine der wichtigsten Funktionen und Aufgaben der Mitochondrien besteht in der Synthese von Adenosintriphosphat (ATP) und der Abgabe der ATP in die zelluläre Matrix, den Innenraum der Zelle außerhalb der Mitochondrien.

Krebs-Zyklus

Der Krebs-Zyklus oder auch Citratzyklus bzw. Zitronensäurezyklus ist nach seinem Entdecker Hans Adolf Krebs benannt und hat nichts mit der Erkrankung zu tun. Der Zitronensäurezyklus dient der Energiebereitstellung durch Stoffabbau und ist gleichzeitig Ausgangspunkt für weitere biologische Prozesse. Indirekt wird so Energie in biochemisch verwertbarer Form (als Adenosintriphosphat ATP) zur Verfügung gestellt.

Menschliche Zellen haben eine regulierte Energieversorgung. ATP (Adenosintriphosphat) ist ein Nucleotid, welches in allen Zellen vorkommt. Während der Zellatmung werden 38 Moleküle ATP synthetisiert, wenn Glucose komplett oxidiert wird. Dementsprechend beträgt der Anteil der Energie, die in ATP in der gesamten Reaktionskette konserviert wird, 40%.