Katabolismus: kataboler Stoffwechsel

Beim Katabolismus werden große Moleküle (wie Polysaccharide, Lipide, Nukleinsäuren und Proteine) in kleinere Einheiten (wie Monosaccharide, Fettsäuren, Nukleotide bzw. Aminosäuren) zerlegt.

Der Katabolismus ist der abbauende Aspekt des Stoffwechsels, während der Anabolismus der aufbauende Aspekt ist.

Der Katabolismus liefert die chemische Energie, die für die Erhaltung und das Wachstum der Zellen notwendig ist.

Chemische Prozesse beim katabolen Stoffwechsel

Die Zellen verwenden die Monomere, die beim Abbau von Polymeren freigesetzt werden, um entweder neue Polymermoleküle aufzubauen oder die Monomere weiter zu einfachen Abfallprodukten abzubauen, wobei Energie freigesetzt wird.

Zu den zellulären Abfallprodukten gehören Milchsäure, Essigsäure, Kohlendioxid, Ammoniak und Harnstoff. Die Bildung dieser Abfallstoffe ist normalerweise ein Oxidationsprozess, bei dem freie chemische Energie freigesetzt wird, von der ein Teil als Wärme verloren geht, während der Rest für die Synthese von Adenosintriphosphat (ATP) verwendet wird.

Mit Hilfe dieses Moleküls kann die Zelle die beim Katabolismus freigesetzte Energie auf die energieaufwendigen Reaktionen des Anabolismus übertragen.

Der Katabolismus ist ein destruktiver Stoffwechsel und der Anabolismus ein konstruktiver Stoffwechsel.

Beispiele für katabole Prozesse

Beispiele für katabole Prozesse sind

• die Glykolyse,
• der Zitronensäurezyklus,
• der Abbau von Muskelprotein, um Aminosäuren als Substrate für die Glukoneogenese zu nutzen, und
• der Abbau von Fett im Fettgewebe zu Fettsäuren.

Beispiele für Katabolismus

Kohlenhydrat-Katabolismus

Fast alle Organismen nutzen Glukose als Energiequelle. Glukose wird von Organismen in größeren Molekülen, den sogenannten Polysacchariden, gespeichert.

Bei diesen Polysacchariden kann es sich um Stärke, Glykogen oder andere Einfachzucker wie Saccharose handeln.

Wenn die Zellen eines Tieres oder eines Menschen Energie benötigen, werden Signale an die Teile des Körpers gesendet, die Glukose speichern.

Die Glukose wird durch spezielle Enzyme aus den Kohlenhydraten freigesetzt (erster Teil des Katabolismus).

Die Glukose wird dann im Körper verteilt, damit andere Zellen sie als Energie nutzen können.

Der katabole Weg der Glykolyse spaltet die Glukose dann noch weiter auf und setzt Energie frei, die in ATP gespeichert wird (zweiter Teil des Katabolismus).

Aus Glukose werden Pyruvatmoleküle hergestellt. Auf weiteren katabolen Wegen entsteht Acetat, ein wichtiges Zwischenmolekül des Stoffwechsels. Aus Acetat kann eine Vielzahl von Molekülen entstehen, von Phospholipiden über Pigmentmoleküle bis hin zu Hormonen und Vitaminen.

Lipid-Katabolismus

Auch Fette, die großen Lipidmoleküle, werden im Stoffwechsel abgebaut, um Energie zu gewinnen und andere Moleküle zu bilden.

Ähnlich wie Kohlenhydrate werden Fette in großen Molekülen gespeichert, können aber in einzelne Fettsäuren aufgespalten werden.

Diese Fettsäuren werden dann durch Beta-Oxidation in Acetat umgewandelt. Acetat kann wiederum für den Anabolismus verwendet werden, um größere Moleküle herzustellen oder als Teil des Zitronensäurezyklus, der die Atmung und die ATP-Produktion antreibt.

Tiere und Menschen nutzen Fette, um große Mengen an Energie für den späteren Gebrauch zu speichern. Im Gegensatz zu Stärke und Kohlenhydraten sind Lipide hydrophob und schließen Wasser aus. Auf diese Weise kann viel Energie gespeichert werden, ohne dass das schwere Gewicht des Wassers den Organismus bremst.

Protein-Katabolismus

Alle Proteine bestehen aus denselben 20 Aminosäuren.

Das bedeutet, dass die Proteine in Pflanzen, Tieren, Menschen und Bakterien alle nur unterschiedliche Kombinationen der 20 Aminosäuren sind.

Wenn ein Organismus einen kleineren Organismus verzehrt, muss das gesamte Eiweiß dieses Organismus im Katabolismus verdaut werden.

Enzyme, so genannte Proteinasen, brechen die Bindungen zwischen den Aminosäuren in jedem Protein auf, bis die Säuren vollständig getrennt sind. Sobald sie getrennt sind, können die Aminosäuren auf die Zellen des Körpers verteilt werden. Je nach der DNA des Organismus werden die Aminosäuren zu neuen Proteinen zusammengesetzt.

Wenn keine Glukosequelle vorhanden ist oder zu viele Aminosäuren vorhanden sind, werden die Moleküle in weitere katabole Wege geleitet, um in Kohlenstoffskelette zerlegt zu werden.

Diese kleinen Moleküle können in der Glukoneogenese zu neuer Glukose verbunden werden, die die Zellen als Energie nutzen oder in großen Molekülen speichern können.

Während einer Hungersnot können zelluläre Proteine den Katabolismus durchlaufen, damit ein Organismus von seinem eigenen Gewebe leben kann, bis wieder Nahrung aufgenommen wird. Auf diese Weise können Organismen extrem lange mit nur geringen Mengen an Wasser leben. Das macht sie viel widerstandsfähiger gegenüber wechselnden Umweltbedingungen.

Hormone, die am Katabolismus beteiligt sind

Endokrinologen haben viele der Hormone traditionell als anabol oder katabol eingestuft, je nachdem, welchen Teil des Stoffwechsels sie stimulieren.

Die sogenannten klassischen katabolen Hormone, die seit dem frühen 20. Jahrhundert bekannt sind, sind Cortisol, Glukagon und Adrenalin (und andere Katecholamine).

In den letzten Jahrzehnten wurden viele weitere Hormone entdeckt, die zumindest eine gewisse katabole Wirkung haben, darunter Zytokine, Orexin (auch bekannt als Hypocretin) und Melatonin.

Kataboles Training

Zu den katabolen Übungen gehören Ausdauertraining oder Cardio Training.

Dazu gehören Bewegungen wie Laufen, Schwimmen und Radfahren, bei denen du dich über einen relativ langen Zeitraum hinweg in einem gleichmäßigen aktiven Zustand befindest.

Herzfrequenz, Blutdruck und Atmung steigen beim katabolen Training an.

Der Körper baut während der körperlichen Aktivität Glykogen ab, um es als Brennstoff zu verwenden.

Wenn die Kohlenhydratspeicher erschöpft sind, verwendet das körpereigene Cortisol Aminosäuren, um Energie zu erzeugen.

Daher können katabole Übungen dir helfen, ein gesundes Herz und eine gesunde Lunge aufzubauen. Aber sie können auch dazu führen, dass du Körpergewicht verlierst, sowohl Muskeln als auch Fett.

Mit der Zeit werden Muskeln abgebaut. Ein Teil dieser Muskeln kann während des Schlafs oder einer Ruhezeit von acht Stunden oder durch anabole Prozesse wieder aufgebaut werden.