Energiestoffwechsel
Was ist der Energiestoffwechsel? Definition:
Jede noch so kleine Bewegung kostet unseren Körper Energie. Doch nicht nur körperliche Aktivität verbraucht Ressourcen, ebenso die Auftrechterhaltung der Homöostase, die ständige Erneuerung der Körperzellen, und nicht zuletzt auch unser Gehirn, benötigen einen ständigen Nachschub an neuer Energie.

Der Energiestoffwechsel des Körpers sichert die ununterbrochene Bereitstellung von Adenosintriphosphat (ATP), der universelle Energiewährung im Organismus. Jede Zelle kann durch Spaltung dieses Moleküls unmittelbar Energie gewinnen. Allerdings kann das hochenergetische Molekül nicht lange gespeichert werden, sodass bereits nach fünf Sekunden die ATP-Reserven (theoretisch) restlos aufgebraucht wären.
Nach Spaltung von ATP, entstehen ADP und Phosphat als Abbauprodukt. In den 'Kraftwerken der Zellen", den Mitochondrien, wird das ADP sofort wieder zu ATP phosphoryliert. Die Zellen können zwar nicht viel ATP speichern, dafür aber enorm schnell resynthetisieren. Auf diese Weise ist der ständige Nachschub an ATP garantiert, vorausgesetzt dem Körper werden regelmäßig Nährstoffe zugeführt, denn ATP entsteht nur im Verlauf von unterschiedlichen Abbauprozessen:

Unter aeroben Bedingungen:

Glykolyse Oxidative Decarboxylierung Citratzyklus

Unter anaeroben Bedingungen:

alkoholische Gärung (spielt für den Menschen keine Rolle) Milchsäuregärung
Zusammenfassung
* Der Energiestoffwechsel ist für die dauerhafte Bereitstellung von Adenosintriphosphat (ATP) verantwortlich. * ATP kann unter aeroben und anaeroben Bedingungen gewonnen werden.

Gärung Was sie noch nicht wussten: Mikroorganismen, genauer gesagt Hefen, zersetzen die Kohlenhydrate der Gerste unter anaeroben Bedingungen, um Energie für den eigenen Stoffwechsel zu gewinnen. Diese Prozesse bezeichnen wir im Allgemeinen alsGärung (engl. Fermentation).

Alkoholische Gärung: Die Kohlenhydrate (Glucose) werden von Mikroorganismen, vorzugsweise Hefen, verstoffwechselt. Im Ergebnis entsteht Ethanol, Kohlenstoffdioxid, Wasser und ATP. Alkoholische Gärung spielt insbesondere bei der Herstellung von Bier und Wein eine Rolle. Auch der Stoffwechsel der Backhefe, bekannt als Triebmittel für Brot und Brötchen, funktioniert mittels alkoholischer Gärung.
C6H12O6 2 C2H5OH + 2 CO2 + 2 H2O
Glucose Ethanol + Kohlenstoffdioxid + Wasser

Im Detail passiert folgendes:
1. Im Verlauf der Glykolyse wird das Kohlenhydratmolekül, in diesem Falle Glucose, in zwei Pyruvate (Brenztraubensäure) gespalten. Dieser Schritt verläuft in insgesamt zehn Teilschritten (siehe im Artikel für Glykolyse) und ist aus obiger Formel nicht zu entnehmen. Währenddessen entstehen auch die 2 ATP.
2. Durch Decarboxylierung kommt es zur Abspaltung des Kohlenstoffdioxid (CO2) aus den Pyruvaten.
3. Das hochgiftige Ethanal (Acetaldehyd) entsteht, wird aber sofort weiter zu Ethanol reduziert

Möglich ist auch die Formel um Adenosindiphosphat (ADP), Phosphat (Pi) und Adenosintriphosphat (ATP) zu erweitern. Die Formal sieht zwar nun weitaus komplizierter aus, stellt aber immer noch die gleiche wie oben dar!

C6H12O6 + 2 ADP + 2 Pi 2 C2H5OH + 2 CO2 + 2 H2O + 2 ATP

Milchsäuregärung: Die Kohlenhydrate werden von Milchsäurebakterien zu Lactat (Milchsäure), Wasserstoff, Wasser und ATP metabolisiert. Milchsäuregärung ist Basis für die Herstellung von Sauerteig (Brot), Buttermilch, Joghurt oder Quark.
Ablauf der Milchsäuregärung
C6H12O6 + 2 ADP + 2 Pi 2 C3H6O3 + 2 ATP
Glucose + ADP + Phosphat Milchsäure + ATP

1. Im ersten Schritt der Milchsäuregärung kommt es durch die Glykolyse zum Abbau der Glucose in zwei Pyruvate (Brenztraubensäure). Das energiereiche ATP entsteht bereits im Verlauf der Glykolyse.
2. Das Enzym Lactatdehydrogenase dient nun als Katalysator für die folgende Reaktion, bei der NADH als Cofaktor fungiert: Die zwei Pyruvate werden zu je einem Lactat-Molekül reduziert. Die Milchsäuregärung ist damit abgeschlossen.
3. Lactat ist ein Stoffwechselendprodukt und für den Körper in dieser chemischen Zusammensetzung nicht weiter verwertbar. Über denBlutkreislauf gelangt das Lactat in die Leber und wird dort wieder zu Pyruvat oxidiert. Die Brenztraubensäure erfährt somit im Citratzyklus wieder einen Nutzen.