Physiologie und Anatomie
Stoffwechsel
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Der Katabolismus baut in unserem Körper komplexe Moleküle zu einfacheren Molekülen ab. Doch wie hängt der Katabolismus mit dem Anabolismus zusammen und welche unterschiedlichen Abbauwege gibt es? Genau das erfährst du in diesem Beitrag. Um das Thema noch schneller zu verstehen, kannst du dir gerne unser Video dazu anschauen!

Katabolismus einfach erklärt

Der Katabolismus ist ein Teil des Metabolismus (Stoffwechsel). Unter dem katabolen Stoffwechsel, auch Katabolismus genannt, verstehst du den abbauenden Stoffwechsel. Das kommt daher, dass beim Katabolismus chemisch komplexe Nahrungsstoffe wie Proteine in einfachere Stoffe wie Aminosäuren abgebaut werden. Dadurch wird Energie, meistens in Form von ATP (Adenosintriphosphat), frei. Somit dient also der Katabolismus den Lebewesen zur Energiegewinnung.

Die gewonnene Energie wird im aufbauenden Stoffwechsel, dem Anabolismus%Verweis auf Anabolismus, genutzt. Dieser hängt also stark mit dem Katabolismus zusammen und kann als sein Gegenspieler bezeichnet werden.

Definition Katabolismus

Der Katabolismus, auch Dissimilation genannt, bezeichnet den abbauenden Stoffwechsel von Organismen mit dem Ziel der Energiegewinnung. Das Gegenteil des Katabolismus ist der Anabolismus. Anabolismus und Katabolismus gehören beide zum Metabolismus. 

Katabolismus Anabolismus

Katabole Reaktionen bauen komplexe Biomoleküle zu einfacheren Zellbausteinen ab. Daher bezeichnest du sie auch als abbauende Reaktionen. Anabole Reaktionen sind genau das Gegenteil, bauen also aus einfachen Zellbausteinen komplexere Biomoleküle auf. Anabole Reaktionen bezeichnest du daher als aufbauende Reaktionen. Katabole und anabole Reaktionen laufen nicht gleichzeitig ab. 

Metabolismus, ATP, Katabolismus, Anabolismus
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Kataboler und anaboler Stoffwechsel

 

Wie du in der Abbildung siehst, kannst du dir die Abfolge von Kata- und Anabolismus als Kreislauf vorstellen. Denn ohne die freiwerdende Energie aus den katabolen Reaktionen, können keine anabolen Reaktionen stattfinden. Im katabolen Stoffwechsel werden komplexe Moleküle zu einfachen Molekülen abgebaut und im anabolen Stoffwechsel werden sie wieder zu komplexen Molekülen zusammen gesetzt. Du siehst also, dass diese Reaktionen nicht gleichzeitig ablaufen können. 

Regulation Katabolismus und Anabolismus

Der Kata- und Anabolismus werden mit Hilfe von Enzymen und Endprodukten reguliert. Die Enzyme und Endprodukte aktivieren oder deaktivieren dabei jeweils den katabolen oder den anabolen Stoffwechselweg. Die Aktivität der Enzyme wird über die Phosphorylierung reguliert. 

Katabolismus Abbauwege

Unser Körper baut mittels Katabolismus unterschiedliche Nahrungsmittel ab: Proteine, Fette und Kohlenhydrate. Anstelle von Kohlenhydraten wird hier von Polysacchariden gesprochen, weil sie die größten Kohlenhydrate sind. Da es sich um drei unterschiedliche Nahrungsmittel handelt, schauen wir uns auch drei Abbauwege an: Proteinkatabolismus, Fettkatabolismus und den Kohlenhydratkatabolismus.

Die untenstehende Abbildung zeigt dir schematisch die Abbauwege von Proteinen, Fetten und Polysacchariden und wie deren Produkte in den Citratzyklus aufgenommen werden. 

Proteine, Fette, Kohlenhydrate, Metabolismus, Citratzyklus
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Schematische Darstellung der drei Abbauwege

 

Jetzt schauen wir uns den Proteinkatabolismus, den Fettkatabolismus und den Kohlenhydratkatabolismus im Detail an. 

Proteinkatabolismus

Proteine bestehen aus Makropeptiden , die durch Wasserstoff- oder Disulfidbrücken verbunden sind. Es handelt sich dabei also um große Moleküle. Mit Hilfe von Enzymen (Proteasen) werden Proteine zu Aminosäuren abgebaut, wodurch anschließend ein Einschleusen der Abbauprodukte in Form von Acetyl-CoA in den Citratzyklus möglich ist. Die Aminogruppe der Aminosäuren wird über den Harnstoffzyklus%Verweis auf Harnstoffzyklus aus dem Körper geschleust, sodass kein toxisches Ammoniak entsteht.

Fettkatabolismus

Ein Fettmolekül besteht aus Glycerin und verschiedenen Fettsäuren. Auch hier handelt es sich also wieder um komplexe Moleküle, die mittels kataboler Reaktionen zu einfacheren Molekülen, den Fettsäuren, abgebaut werden. Auch hier ist dann ein Einschleusen der Abbauprodukte in Form von Acetyl-CoA in den Citratzyklus möglich.

Kohlenhydratkatabolismus

Kohlenhydrate bestehen aus Zuckermolekülen. Verknüpfen sich viele Zuckermoleküle miteinander, nennst du das ein Polysaccharid . Wie du bereits weißt, sind Polysaccharide die größten Kohlenhydrate, somit auch komplexe Moleküle. Katabole Reaktionen bauen diese zu Monosacchariden ab. Wie bei den anderen beiden Abbauwegen, ist anschließend auch wieder ein Einschleusen der Abbauprodukte in Form von Acetyl-CoA in den Citratzyklus möglich. 

Beim Kohlenhydratkatabolismus ist das Abbauprodukt meistens das Monosaccharid (Einfachzucker) Glucose. Ein kataboler Stoffwechselweg ist die Glykolyse . Die Glucose wird in der Glykolyse zu Pyruvat abgebaut. Daraus ergeben sich dann weitere aerobe und anaerobe Wege zur Energiegewinnung.

Aerobe Energiegewinnung

Nachdem der erste Schritt der Glykolyse abgelaufen und Sauerstoff vorhanden ist, findet die Pyruvatoxidation statt. Das Pyruvat wird dann über den Citratzyklus in die Atmungskette geleitet. Durch die Pyruvatoxidation, den Citratzyklus und die Atmungskette wird unter aeroben Bedingungen Energie gewonnen.

Anaerobe Energiegewinnung

Ist der erste Schritt der Glykolyse abgelaufen und es ist kein Sauerstoff vorhanden, findet eine Gärung statt. Da gibt es zwei Möglichkeiten: die alkoholische Gärung , bei der Ethanol entsteht und die Milchsäuregärung, bei der Lactat entsteht. Die Milchsäuregärung findet in unseren Muskeln statt, wird aber auch zur Konservierung von Lebensmitteln genutzt. Die alkoholische Gärung hingegen ist wichtig bei der Herstellung von alkoholischen Getränken wie Bier und Wein. Durch die beiden Gärungen kann unter anaeroben Bedingungen Energie gewonnen werden.  

Schau dir unsere Videos zu den Gärungen an, um herauszufinden, wie sie genau ablaufen und wo sie sonst noch Anwendung finden.

Zum Video: Alkoholische Gärung
Zum Video: Alkoholische Gärung

 

Zum Video: Milchsäuregärung
Zum Video: Milchsäuregärung

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