Metabolisierung

Qualitätssicherung von Dr. med. Nonnenmacher am 27. Januar 2017
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Bei der Metabolisierung handelt es sich um die Umwandlung von biochemischen Substanzen durch das Enzymsystem der Organismen. Es bilden sich Zwischenprodukte, die auch als Metaboliten bezeichnet werden. Der gesamte Stoffwechsel basiert auf der ständigen Metabolisierung von chemischen Substanzen.

Inhaltsverzeichnis

Was ist die Metabolisierung?

Der Begriff der Metabolisierung wird in der Biologie und Medizin verwendet und bezeichnet den Um- oder Abbau einer chemischen Substanz im Rahmen des Stoffwechsels. Im Griechischen wird der Ausdruck Stoffwechsel auch als Metabolismus bezeichnet. Der Stoffwechsel ist notwendig, um die Lebensfunktionen des Organismus aufrechtzuerhalten.

Dabei gibt es den sogenannten katabolen und den anabolen Stoffwechsel. Im Rahmen des katabolen Stoffwechsels werden beispielsweise energiereiche hochpolymere Biostoffe aus der Nahrung unter Energieabgabe abgebaut. Der Abbau erfolgt in drei Stufen. So entstehen zunächst aus Polysacchariden (Mehrfachzucker), Fetten und Proteinen die einzelnen Bausteine. Im Fall der Polysaccharide handelt es sich um die Hexosen (Glucose, Fructose) und Pentosen. Fette werden zu Fettsäuren und Glycerin zerlegt und die Proteine sind wiederum die Quelle von einzelnen Aminosäuren. Alle diese Monomeren stellen Metabolite des Stoffwechsels dar, da sie entweder weiter abgebaut werden können oder wieder zum Aufbau körpereigener Biostoffe beitragen.

Der anabole Stoffwechsel sorgt für den Aufbau körpereigener komplexer Verbindungen aus einfacheren Ausgangsstoffen. Die Metabolite des katabolen Stoffwechsels werden als Kataboliten und jene des anabolen Stoffwechsels als Anaboliten bezeichnet. Die Schnittstelle von anabolem zu katabolem Stoffwechsel stellt der sogenannte Intermediärstoffwechsel dar. Viele Metaboliten sind sowohl Ausgangsstoff von anabolen als auch katabolen Prozessen.

Auch Fremdsubstanzen werden im Körper metabolisiert und in eine wasserlösliche ausscheidbare Form überführt. Zu diesen Fremdsubstanzen zählen Arzneimittel, aber auch Gifte.

Funktion & Aufgabe

Die Metabolisierung hat für den Körper eine große Bedeutung. Durch die ständige Umwandlung von Stoffen wird der Körper mit Energie versorgt (beim Abbau von energiereichen hochmolekularen Biomolekülen). Die chemische Energie der Ausgangsverbindungen wird freigesetzt und in Wärme- und Bewegungsenergie zur Aufrechterhaltung der körperlichen Funktionen umgewandelt. Dabei entstehen am untersten Ende der katabolen Prozesse Kohlendioxid und Wasser. Dieser Abbau erfolgt über mehrere Zwischensubstanzen, die als sogenannte Metaboliten auch wieder in anabole Körperprozesse eingebunden werden können. Die frei werdende Energie wird bei den Abbauprozessen in einer Phosphatbindung zwischengespeichert (siehe ATP, GTP oder andere).

Durch Aufspaltung der Phosphatbindung wird Energie freigesetzt, die wieder in chemische Energie eines Makromoleküls im Rahmen eines anabolen Prozesses umgewandelt werden kann. Katabole und anabole Stoffwechselwege sind daher eng miteinander verknüpft.

Des Weiteren entstehen auf jeder Stufe eines katabolen oder anabolen Stoffwechselweges Metaboliten, die entweder abgebaut oder zum Aufbau komplexerer Verbindungen verwendet werden. Von welchem Stoffwechselweg der einzelne Metabolit stammt, ist dabei nicht entscheidend. Diese Schnittstelle von katabolem und anabolem Stoffwechsel wird Intermediärstoffwechsel genannt.

Der Begriff der Metabolisierung wird in der Biologie und Medizin verwendet und bezeichnet den Um- oder Abbau einer chemischen Substanz im Rahmen des Stoffwechsels.

Der Organismus befindet sich immer im Fließgleichgewicht von zugeführten zu abgeführten chemischen Substanzen. Dabei nutzen tierische Organismen die chemische Energie von organischen Substanzen, wobei diese in einfache anorganische Stoffe abgebaut werden. Pflanzliche Organismen nehmen Sonnenenergie in Form von Licht auf und wandeln diese in chemische Energie unter dem Aufbau organischer Stoffe aus anorganischen Stoffen um.

Neben der Metabolisierung im Rahmen des normalen Stoffwechsels werden auch aufgenommene Fremdstoffe metabolisiert. Diese Metabolisierungen finden immer in der Leber statt. Dabei handelt es sich meist um Entgiftungsreaktionen. Diesen Reaktionen unterliegen auch Pharmaka. Insgesamt wird dabei von Biotransformation gesprochen. In einer ersten Phase finden Oxidations- oder Reduktionsreaktionen oder Hydrolysen statt.

Bei einem primär wirkenden Gift oder einem primär wirkenden Arzneistoff nimmt die Wirkung dabei ab. Wird das Pharmakum jedoch als Prodrug aufgenommen, entfaltet sich erst nach den Reaktionen der Phase 1 die Wirksamkeit. Das Gleiche kann bei einer primär ungiftigen Substanz passieren. Einige Gifte entwickeln sich erst im Körper durch entsprechende Metabolisierungen. Die Metaboliten, die in Phase 1 entstehen, werden in einer zweiten Phase durch weitere Umwandlungen wasserlöslich gemacht, sodass sie über die Nieren ausgeschieden werden können.

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Krankheiten & Beschwerden

Im Rahmen des Stoffwechsels und der entsprechenden Metabolisierungen kann es zu erheblichen gesundheitlichen Problemen kommen, wenn ein Metabolit entweder nicht oder nur schlecht abgebaut werden kann. Wenn im Gegenteil die Reaktionen zur Bildung bestimmter wichtiger Metabolite ausbleiben, sind ebenso gesundheitliche Folgen zu erwarten. Sehr häufig liegt in solchen Situationen ein Gendefekt oder eine Chromosomenveränderung vor.

Bestimmte Enzyme können nicht oder nur mangelhaft erzeugt werden. Der gleiche Effekt wird auch durch ein fehlerhaftes Enzym hervorgerufen. Viele Stoffwechselerkrankungen weisen also eine Ansammlung von bestimmten Metaboliten auf. Bei anderen Erkrankungen werden wichtige Metabolite gar nicht erst gebildet. In beiden Fällen wird die Kette von komplexen Reaktionen unterbrochen und zum Teil lebenswichtige Reaktionen finden nicht mehr statt.

Bei den sogenannten Speicherkrankheiten sammeln sich bestimmte Substanzen oder Metaboliten immer mehr in den Zellen oder auch außerhalb der Zellen an. Das führt oft zu erheblichen Organschäden. Bei den Giften und Pharmaka soll die Metabolisierung in der Regel zum Abbau der Substanzen unter Abschwächung ihrer Wirkung führen. Es gibt jedoch auch Fälle, wo durch die Metabolisierungsprozesse aus relativ harmlosen Ausgangsstoffen aktive Metabolite entstehen, die erst in diesem Stadium ihre Giftwirkung entfalten. Die Metabolisierungsprozesse für Fremdsubstanzen sind unspezifisch und laufen daher immer nur nach einem Schema ab. Daher kann es zuweilen vorkommen, dass der Metabolisierungsprozess dieser speziellen Stoffe das eigentliche Problem darstellt.

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