Was ist Anabolismus?

Anabolismus ist der Prozess, bei dem der Körper die durch den Katabolismus freigesetzte Energie nutzt, um komplexe Moleküle zu synthetisieren. Diese komplexen Moleküle werden dann verwendet, um zelluläre Strukturen zu bilden, die aus kleinen und einfachen Vorläufern gebildet werden, die als Bausteine fungieren.

Stufen des Anabolismus

Es gibt drei grundlegende Stufen des Anabolismus.

• Stufe 1 umfasst die Produktion von Vorläufern wie Aminosäuren, Monosacchariden, Isoprenoiden und Nukleotiden.
• Stufe 2 beinhaltet die Aktivierung dieser Vorstufen in reaktive Formen unter Verwendung von ATP-Energie
• Stufe 3 beinhaltet den Aufbau dieser Vorstufen zu komplexen Molekülen wie Proteinen, Polysacchariden, Lipiden und Nukleinsäuren.

Energiequellen für anabole Prozesse

Die verschiedenen Arten von Organismen sind auf unterschiedliche Energiequellen angewiesen. Autotrophe Organismen wie Pflanzen können die komplexen organischen Moleküle in den Zellen wie Polysaccharide und Proteine aus einfachen Molekülen wie Kohlendioxid und Wasser aufbauen, indem sie das Sonnenlicht als Energiequelle nutzen.

Heterotrophe Organismen hingegen benötigen eine Quelle komplexerer Stoffe wie Monosaccharide und Aminosäuren, um diese komplexen Moleküle herzustellen. Photoautotrophe und Photoheterotrophe gewinnen Energie aus Licht, während Chemoautotrophe und Chemoheterotrophe Energie aus anorganischen Oxidationsreaktionen gewinnen.

Stoffwechsel von Kohlenhydraten

In diesen Schritten können einfache organische Säuren in Monosaccharide wie Glukose umgewandelt und dann zum Aufbau von Polysacchariden wie Stärke verwendet werden. Glukose wird aus Pyruvat, Laktat, Glycerin, Glycerat-3-Phosphat und Aminosäuren hergestellt; dieser Prozess wird als Gluconeogenese bezeichnet. Bei der Gluconeogenese wird Pyruvat über eine Reihe von Zwischenstufen, von denen viele mit der Glycolyse gemeinsam sind, in Glucose-6-Phosphat umgewandelt.

Fettsäuren, die im Fettgewebe gespeichert sind, können normalerweise nicht durch Gluconeogenese in Glucose umgewandelt werden, da diese Organismen Acetyl-CoA nicht in Pyruvat umwandeln können. Aus diesem Grund müssen Menschen und andere Tiere bei langfristigem Hunger Ketonkörper aus Fettsäuren produzieren, um Glukose in Geweben wie dem Gehirn zu ersetzen, die Fettsäuren nicht verstoffwechseln können.

Pflanzen und Bakterien können Fettsäuren in Glukose umwandeln und nutzen den Glyoxylatzyklus, der den Decarboxylierungsschritt im Zitronensäurezyklus umgeht und die Umwandlung von Acetyl-CoA in Oxalacetat ermöglicht. Daraus wird Glucose gebildet.

Glykane und Polysaccharide sind Komplexe aus Einfachzuckern. Diese Additionen werden durch Glykosyltransferase von einem reaktiven Zucker-Phosphat-Donor, wie Uridindiphosphat-Glukose (UDP-Glukose), zu einer Akzeptor-Hydroxylgruppe auf dem wachsenden Polysaccharid ermöglicht. Die Hydroxylgruppen am Ring des Substrats können Akzeptoren sein, so dass die entstehenden Polysaccharide gerade oder verzweigte Strukturen aufweisen können. Diese so gebildeten Polysaccharide können durch Enzyme, die Oligosaccharyltransferasen genannt werden, auf Lipide und Proteine übertragen werden.

Stoffwechsel von Proteinen

Proteine werden aus Aminosäuren gebildet. Die meisten Organismen können einige der 20 häufigsten Aminosäuren synthetisieren. Die meisten Bakterien und Pflanzen können alle zwanzig synthetisieren, aber Säugetiere können nur die zehn nicht-essentiellen Aminosäuren synthetisieren.

Die Aminosäuren sind durch Peptidbindungen zu einer Kette verbunden und bilden Polypeptidketten. Jedes unterschiedliche Protein hat eine einzigartige Abfolge von Aminosäureresten: Das ist seine Primärstruktur. Die Polypeptidkette wird modifiziert, gefaltet und strukturell verändert, um das endgültige Protein zu bilden.

Nukleotide werden aus Aminosäuren, Kohlendioxid und Ameisensäure auf Wegen hergestellt, die große Mengen an metabolischer Energie erfordern.

Purine werden als Nukleoside (an Ribose gebundene Basen) synthetisiert. Adenin und Guanin werden zum Beispiel aus dem Vorläufernukleosid Inosinmonophosphat hergestellt, das aus Atomen der Aminosäuren Glycin, Glutamin und Asparaginsäure sowie aus dem Coenzym Tetrahydrofolat übertragenem Formiat synthetisiert wird.

Pyrimidine, wie Thymin und Cytosin, werden aus der Base Orotat synthetisiert, die aus Glutamin und Aspartat gebildet wird.

Stoffwechsel von Fettsäuren

Fettsäuren werden mit Hilfe von Fettsäuresynthasen synthetisiert, die Acetyl-CoA-Einheiten polymerisieren und dann reduzieren. Diese Fettsäuren enthalten Acylketten, die durch einen Zyklus von Reaktionen verlängert werden, bei denen die Actylgruppe hinzugefügt, zu einem Alkohol reduziert, zu einer Alkengruppe dehydriert und dann wieder zu einer Alkangruppe reduziert wird.

In Tieren und Pilzen werden alle diese Fettsäuresynthasereaktionen von einem einzigen multifunktionellen Protein vom Typ I durchgeführt. In Pflanzen, Plasmiden und Bakterien führen getrennte Enzyme vom Typ II jeden Schritt des Synthesewegs aus.

Andere Lipide wie Terpene und Isoprenoide, zu denen auch die Carotinoide gehören, bilden die größte Klasse der pflanzlichen Naturstoffe. Diese Verbindungen werden durch den Zusammenbau und die Modifikation von Isopreneinheiten hergestellt, die aus den reaktiven Vorläufern Isopentenylpyrophosphat und Dimethylallylpyrophosphat stammen. In Tieren und Archaeen werden diese Verbindungen über den Mevalonatweg aus Acetyl-CoA hergestellt.

Quellen

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