Stofwisseling

De stofwisseling of het metabolisme (metabolè is Grieks voor verandering) is de set van chemische reacties die de metabolisatie, bestaande uit de assimilatie (opbouw, anabolisme) en dissimilatie (afbraak, katabolisme) van organische chemische verbindingen in levende organismen beschrijft.

Stofwisseling vindt plaats in iedere cel van een organisme. De bij metabolisme te gebruiken voedingsstoffen als koolhydraten, vitaminen en eiwitten, zijn via het maagdarmkanaal, in sterk verkleinde toestand, opgenomen in de cellen. Doel van stofwisseling is het instandhouden van een organisme -door vervanging van cellen- en eventueel het doen groeien ervan. Hiertoe worden via het metabolisme, stoffen uit de voedingsstoffen gehaald, welke op drie manieren kunnen worden benut: als bouwstof voor (nieuw) weefsel, brandstof (energie) of als reserve.

De stofwisseling van autotrofe organismen is gebaseerd op de assimilatie met als energiebron een externe niet-chemische vorm van energie, veelal zonlicht via fotosynthese met bladgroen.

De stofwisseling van heterotrofe organismen is gebaseerd op chemische energie die wordt verkregen door afbraak van hoogenergetische verbindingen uit de omgeving; vaak koolwaterstoffen en andere verbindingen die door assimilatie in andere organismen zijn gemaakt.

Hoe haalt ons lichaam energie en bouwstoffen uit ons voedsel? De belangrijkste componenten in ons voedsel zijn (naast water) koolhydraten, vetten en eiwitten. Deze kunnen niet direct gebruikt worden in het lichaam, en moeten daarom omgezet worden in eenvoudiger stoffen. Dan kunnen ze dienen als bouwstof of als brandstof, zodat bruikbare verbindingen kunnen worden gemaakt.

Koolhydraten worden omgezet in glucose. Dit wordt in de glycolyse afgebroken tot acetyl-CoA. Glucose kan ook in andere suikers worden omgezet
Vetten worden omgezet in vetzuren. Ook vetzuren worden afgebroken tot acetyl-CoA, in een proces dat beta-oxidatie wordt genoemd.
Eiwitten worden afgebroken tot aminozuren. In de aminozuuroxidatie wordt uit aminozuren onder andere weer acetyl-CoA gevormd. Maar ook aminozuren kunnen worden omgezet worden in allerlei andere stoffen.
Acetyl-CoA doorloopt de citroenzuurcyclus. Daarbij komen energierijke elektronen vrij en wordt koolstofdioxide gevormd.
De energierijke elektronen uit de citroenzuurcyclus doorlopen de oxidatieve fosforylatie. De energie uit deze elektronen wordt gebruikt om een protonengradient te vormen. Tijdens dit proces wordt zuurstof verbruikt. De protonengradient drijft de synthese van ATP aan.
ATP bevat veel energie en is de belangrijkste energiebron voor heel veel processen.

Medicijnen benutten ook de werking van de stofwisseling. Middels medicijnen kunnen op deze manier ongewenste, schadelijke processen, veroorzaakt door bijvoorbeeld bacteriën of virussen, worden gewijzigd of stopgezet. Bacteriën en virussen kunnen bovendien zo worden gedood of anderszins onschadelijk gemaakt. Tevens speelt medicatie via de stofwisseling een rol in het voorkomen of beperken van auto-immune reacties bij auto-immuunziekten en afstotingsreacties bij transplantaties.

Zoals bij alle processen in cellen, zijn enzymen ook bij de stofwisseling essentieel.

Er wordt ook soms een onderscheid gemaakt tussen primair en secundair metabolisme. Secundaire metabolieten zijn niet noodzakelijk voor het overleven van het organisme, maar dragen wel bij tot zijn overlevingskansen. Zo zijn de aminozuren waaruit eiwitten worden opgebouwd voorbeelden van primaire metabolieten, maar het alkaloïde nicotine daarentegen een secundaire metaboliet in bepaalde planten.