Anabolismus: Aufbauprozesse in autotrophen und heterotrophen Lebewesen

Anabolismus: Ein Konzept

Der Anabolismus ist die konstruktive Phase des Stoffwechsels. Er umfasst eine Reihe von Stoffwechselwegen, deren Ziel es ist, aus einfacheren und relativ oxidierten Molekülen komplexere organische Moleküle zu synthetisieren. Dabei handelt es sich um Prozesse der chemischen Reduktion.

Eigenschaften anaboler Stoffwechselwege

1. Anabole Prozesse sind im Grunde chemische Reduktionen.
2. Die Reaktionen sind stark endergonisch (energiebenötigend) und nutzen die Energie, die in katabolen Reaktionen freigesetzt wird (z.B. ATP, NADH und NADPH).
3. Anabole Wege zur Synthese von Molekülen teilen oft Reaktionen mit den entsprechenden katabolen Wegen, obwohl es im Detail Unterschiede gibt, um ein Gleichgewicht zu erreichen.
4. Die Enzyme, die anabole und katabole Reaktionen katalysieren, sind unterschiedlich.
5. Die meisten anabolen Stoffwechselwege finden im Hyaloplasma statt, obwohl Vorläufersubstanzen aus dem Abbau in verschiedenen Organellen stammen können:
   • ER: Phospholipide und Cholesterin
   • RER: Proteinglykosylierung
   • Golgi-Apparat: Glykosylierung von Proteinen und Lipiden
   • Ribosomen: Proteine
   • Zellkern: Nukleinsäuren

In autotrophen und heterotrophen Organismen sind die meisten Reaktionen des Anabolismus ähnlich. Der Hauptunterschied zwischen autotrophem und heterotrophem Anabolismus liegt im Ursprung der Vorläufermoleküle. In heterotrophen Organismen stammen sie aus dem Abbau von aufgenommenen Stoffen und Reserven, während im autotrophen Anabolismus zusätzlich einfache Vorstufen aus anorganischen Molekülen (CO₂, H₂O) durch Photosynthese oder Chemosynthese synthetisiert werden.

Biosynthese von Kohlenhydraten: Gluconeogenese

Der grundlegende Weg für die Synthese von Kohlenhydraten aus Nicht-Kohlenhydrat-Vorläufern ist die Gluconeogenese (Neubildung von Glucose). Sie besteht in der Biosynthese von Glucose aus Nicht-Hexose-Vorstufen und kommt in Tieren, Pflanzen, Pilzen und Mikroorganismen vor.

Bei Tieren sind die Ausgangsstoffe Lactat, Pyruvat und Glycerin, das aus dem Abbau von Triglyceriden und Phosphoglyceriden stammt.

Bei Pflanzen gibt es neben den bei Tieren genannten Ausgangsstoffen noch folgende:

• Bei der Photosynthese durch CO₂-Fixierung im Calvin-Zyklus, wo Phosphoglycerat entsteht (autotropher Anabolismus)
• In ölhaltigen Pflanzensamen aus Fettsäuren und Proteinen (in Glyoxysomen aus Acetyl-CoA)

Glyoxysomen

In Glyoxysomen werden gespeicherte Triglyceride in Samen während der Keimung zu Acetyl-CoA und Dihydroxyacetonphosphat oxidiert. Acetyl-CoA, das durch β-Oxidation in Glyoxysomen entsteht, wird durch den Glyoxylatzyklus in Succinat umgewandelt. Dieses gelangt in die Mitochondrien und wird in den Citratzyklus integriert, wo es in Oxalacetat umgewandelt wird. Oxalacetat verlässt die Mitochondrien und wird im Cytosol durch Gluconeogenese zu Glucose und anderen Zuckern weiterverarbeitet.