Der Metabolismus, auch Stoffwechsel genannt, bezeichnet die Gesamtheit aller biochemischen Prozesse, die in lebenden Organismen ablaufen, um Energie zu gewinnen und zu nutzen sowie körpereigene Substanzen auf- und abzubauen. Er ist die Grundlage für alle Lebensfunktionen, von der Zellatmung über die Bewegung bis hin zum Wachstum und der Fortpflanzung. Ohne einen funktionierenden Metabolismus wäre Leben in der uns bekannten Form nicht möglich, da er die ständige Anpassung an interne und externe Bedingungen ermöglicht.

Der Metabolismus lässt sich grundsätzlich in zwei Hauptkategorien unterteilen: den Katabolismus und den Anabolismus. Der Katabolismus, auch abbauender Stoffwechsel genannt, umfasst alle Prozesse, bei denen komplexe Moleküle in einfachere Bestandteile zerlegt werden. Dabei wird Energie freigesetzt, die der Organismus in Form von Adenosintriphosphat (ATP) speichert. Beispiele hierfür sind die Glykolyse, der Zitronensäurezyklus und die oxidative Phosphorylierung, die alle der Gewinnung von Energie aus Nährstoffen wie Kohlenhydraten, Fetten und Proteinen dienen. Die freigesetzte Energie ist essenziell für die Aufrechterhaltung der Zellfunktionen.

Im Gegensatz dazu steht der Anabolismus, der auch als aufbauender Stoffwechsel bezeichnet wird. Dieser umfasst alle synthetischen Prozesse, bei denen aus einfachen Vorläufermolekülen komplexe körpereigene Substanzen aufgebaut werden. Diese Prozesse erfordern Energie, die in der Regel aus dem Katabolismus stammt und ebenfalls in Form von ATP bereitgestellt wird. Typische anabole Prozesse sind die Proteinsynthese aus Aminosäuren, die Lipidsynthese zur Speicherung von Energie und der Aufbau von Glykogen aus Glukose zur Kohlenhydratspeicherung. Auch die Photosynthese bei Pflanzen ist ein prominentes Beispiel für einen anabolen Prozess, bei dem Lichtenergie genutzt wird, um organische Verbindungen zu synthetisieren.

Enzyme spielen eine zentrale Rolle im Metabolismus. Sie sind biologische Katalysatoren, die die Geschwindigkeit biochemischer Reaktionen erheblich erhöhen, ohne dabei selbst verbraucht zu werden. Jedes Enzym ist spezifisch für eine oder wenige Reaktionen und ermöglicht so die präzise Steuerung der Stoffwechselwege. Diese Stoffwechselwege sind eine Abfolge von enzymkatalysierten Reaktionen, bei denen das Produkt einer Reaktion zum Substrat der nächsten wird. Sie sind oft stark vernetzt und bilden komplexe Netzwerke, die eine effiziente Nutzung und Umwandlung von Substanzen gewährleisten.

Die Regulation des Metabolismus ist von entscheidender Bedeutung, um den Energiehaushalt und die Verfügbarkeit von Bausteinen im Gleichgewicht zu halten. Diese Regulation erfolgt auf verschiedenen Ebenen, beispielsweise durch die Aktivität von Enzymen, die Verfügbarkeit von Substraten und Produkten, sowie durch hormonelle Signale und Nervenimpulse. Feedback-Mechanismen stellen sicher, dass die Produktion von Substanzen gestoppt wird, wenn ausreichende Mengen vorhanden sind, und angekurbelt wird, wenn ein Mangel besteht. Störungen in diesen Regulationsmechanismen können zu Stoffwechselkrankheiten wie Diabetes mellitus oder Phenylketonurie führen.

Der Metabolismus ist eng mit unserer Ernährung und Gesundheit verbunden. Die Art und Menge der Nahrung, die wir zu uns nehmen, beeinflusst direkt die Verfügbarkeit von Nährstoffen für katabole und anabole Prozesse. Ein ausgewogener Metabolismus ist daher unerlässlich für Wachstum, Entwicklung, Reparatur von Geweben und die Aufrechterhaltung der Homöostase. Das Verständnis des Metabolismus ist grundlegend für die Medizin, die Pharmazie und die Ernährungswissenschaft, da es Einblicke in die Ursachen von Krankheiten und die Entwicklung von Therapien ermöglicht.