Katabolismus (katabol) – Definition, Beispiele und Fasten

Der Körper ist ständig in Bewegung – auch auf zellulärer Ebene. Im Rahmen des Katabolismus baut er gezielt Stoffe ab, um Energie zu gewinnen. Er zerlegt Fette, Kohlenhydrate und Eiweiße in ihre Bausteine und stellt daraus die nötige Energiequellen für jede Zelle bereit. Besonders bei körperlicher Belastung, Hunger oder Stress läuft dieser Prozess auf Hochtouren. Der Katabolismus hält uns am Leben – doch wenn er entgleist, kann er krank machen. In diesem Artikel beleuchten wir, wie katabole Vorgänge funktionieren, warum sie so wichtig sind und welche Rolle sie bei Gesundheit, Krankheit und Ernährung spielen.

Katabolismus – Definition

Katabolismus bezeichnet den Teil des Stoffwechsels, bei dem ein Organismus komplexe Moleküle in einfachere Bestandteile zerlegt. Dabei baut er beispielsweise Kohlenhydrate, Fette und Proteine in kleinere Moleküle wie Glukose, Fettsäuren oder Aminosäuren ab. Dieser Prozess dient vor allem der Energiegewinnung, da beim Abbau energiereiche Verbindungen entstehen, deren Energie wir in Form von ATP speichern. Katabolismus findet vor allem in Zellen statt und ist eng mit dem Energiestoffwechsel verbunden. Das Gegenteil von Katabolismus ist Anabolismus.

Kataboler Stoffwechsel: Beispiele für katabole Reaktionen

Der katabole Stoffwechsel findet im menschlichen Körper vor allem zur Energiegewinnung statt. Energiereiche Bindungen, die er in Form des Anabolismus aufbaut und die Energie binden, spaltet er nun, um die Energie freizugeben. Gleichzeitig gehört die Biotransformation zum Katabolismus, deren Sinn die körperliche Entgiftung ist. In der Regel hat jeder Stoffwechselweg eine katabole und eine anabole Reaktion.

Es gibt verschiedene Enzyme, die katabole Prozesse katalysieren. Diese benötigen manchmal zunächst Energie, um in Summe mehr Energie zu erzeugen.

Kohlenhydrate

Kohlenhydrate gehören zu den wichtigsten Energielieferanten für den menschlichen Körper und gehören im Stoffwechsel zu einer ganzen Reihe kataboler Reaktionen. Diese können beispielsweise dazu dienen, zugeführte Nahrung oder auch körpereigene Substanzen (etwa gespeichertes Glykogen) abzubauen. Beim Abbau von Glykogen (Glykogenolyse) entstehen Glukose und Glukose-1-Phosphat, die beide glykolytisch (also durch Glykolyse) abgebaut werden.

Die Glykolyse ist ein zentraler Teil im Kohlenhydratstoffwechsel und baut in 10 Schritten Glukose zu Pyruvat ab. Dabei muss zunächst Energie aufgebracht werden, um energiereiche Verbindungen zu erzeugen und wieder zu spalten, um mehr Energie zu erzeugen. Insgesamt gewinnt der Körper 2 ATP und 2 NADH. Weitere Beispiele für Katabolismus im Kohlenhydratstoffwechsel sind die folgenden Abbauschritte, also der Pyruvat-Dehydrogenase-Komplex, der Citratzyklus und die Atmungskette.

Fette (Libide)

Eine große Gruppe der Fette sind die Triacylglycerine (TAGs), die als umfangreiche Energiespeicher im Fettgewebe gelagert werden und auch längere Nahrungskarenzen überbrücken können. Dabei werden TAGs in ihre Einzelteile zerlegt: 3 Fettsäuren und ein Glycerin. Die Fettsäuren werden weiter durch die sogenannte ß-Oxidation abgebaut, bei der NADH und FADH2 als Energieträger entstehen. Das zurückbleibende Acetyl-CoA kann wiederum in den Citratzyklus eingeschleust werden.

Proteine

Der Abbau von Proteinen beginnt mit der Proteolyse, bei der Enzyme, die Proteine in kleinere Peptide und schließlich in einzelne Aminosäuren zerlegen. Die freigesetzten Aminosäuren werden in die Blutbahn aufgenommen und gelangen in die Leber, wo sie entweder zur Energiegewinnung katabolisiert oder für den Aufbau neuer Proteine verwendet werden. Bei der Energiegewinnung wird die Aminogruppe entfernt (Desaminierung), wodurch Ammoniak entsteht. Die Leber wandelt dieses zu Harnstoff um und der Körper scheidet es über die Nieren aus (Harnstoffzyklus).

Regulation von Katabolismus

Katabolische Prozesse im Körper finden bei einfacher Betrachtung nicht gleichzeitig mit anabolen Reaktionen statt. Zentral stimulieren die Hormone Glukagon, Adrenalin und Cortisol die genannten Abbauprozesse zur Energiegewinnung. In den Zellen führen sie in den meisten Fällen über Second-Messenger-System (wie cAMP) zur Aktivierung der wegweisenden Enzyme sowie der Hemmung der Enzyme, die die gegen gerichteten Reaktionen katalysieren.

Ein Paradebeispiel für die Regulation des Katabolismus ist der Abbau von Glykogen, wenn der Körper Glukose benötigt: Adrenalin oder Glukagon binden an sogenannte G-Protein gekoppelte Rezeptoren in der Membran von beispielsweise Leber– oder Muskelzellen. Es wird cAMP gebildet, das die Proteinkinase A (PKA) – ein Enzym, das Phosphatgruppen überträgt („Phosphorylierung“) – aktiviert. Ab hier beginnt eine Kaskade: Die PKA aktiviert durch Phosphorylierung die Phosphorylase-Kinase, die wiederum die Glykogen-Phosphorylase aktiviert. Diese ist für die Glykogen-Spaltung verantwortlich.

Gleichzeitig überträgt die PKA auch Phosphat auf die Glykogen-Synthase, also das Enzym das die Gegenreaktion, die Synthese von Glykogen, katalysiert. Dieses Enzym wird durch die zusätzliche Phosphatgruppe allerdings inaktiviert, was die zeitgleichen Abläufe Synthese und Abbau verhindert.

Katabolismus und Gewichtsabnahme

In Phasen der Nahrungskarenz werden katabole Stoffwechselprozesse aktiviert, um dem Körper mit der nötigen Energie zu versorgen. In den ersten 24 Stunden greift der Körper dabei primär auf den genannten Glykogenspeicher zu, um darauf Glukose und daraus wiederum Energie in Form von ATP zu gewinnen. Anschließend beginnt er, andere Speicherquellen, wie das Fett- aber auch das Muskelgewebe abzubauen. Nach und nach braucht der Körper seine Energiereserven auf. Das Gehirn beginnt nach 2 bis 4 Tagen seinen Energiebedarf von Glukose zu Ketonen umzustellen. Ziel ist, die Gluconeogenese, also die Neusynthese von Glukose in der Leber, möglichst gering zu halten und damit den Verbrauch von Aminosäuren weitgehend zu reduzieren. Nach acht bis zehn Tagen sinkt der Grundumsatz. Beim Verhungern lässt sich durch diese Prozesse der Tod herauszögern.

Diese Prozesse werden bei verschiedenen Formen der Diät zunutze gemacht. So wird beim Fasten auf Nahrung komplett verzichtet oder sie wird bis auf Minimum reduziert. Bei einer Variante – dem Intervallfasten oder intermittierendem Fasten– reduziert man die Nahrungszufuhr auf ein bestimmtes Zeitfenster am Tag oder in der Woche. Beide Diätvarianten sind vor allem medial sehr beliebt und werden als gesündere oder Effektive Varianten der kalorienreduzierten Diät betrachtet. Tatsächlich gibt es einige Studien zu den positiven Gesundheitsaspekten des Fastens.

Das Problem: Viele dieser Studien werden am Tiermodell durchgeführt und konnten so bislang nicht oder nur begrenzt auf den Menschen übertragen werden. Insgesamt lässt sich jedoch sagen, dass beispielsweise das intermittierende Fasten keinen Nachteil gegenüber der Kalorienrestriktion zu haben scheint. Einige kleinere Studien am Menschen zeigten sogar einen Vorteil bezüglich der geringeren Abnahme der fettfreien Masse (wie Muskulatur). Die Systeme beschränken sich dabei häufig auf eine zeitliche Beschränkung der Nahrungsaufnahme, ohne eine Veränderung der Lebensmittelauswahl zu berücksichtigen. Diese hätte nachweislich positive Effekte.

Katabolismus – Krankheiten und Beschwerden

Ein dauerhaft überaktiver oder gestörter Katabolismus kann zu verschiedenen Krankheiten und Beschwerden führen. Zu den häufigsten Folgen gehört ein ungewollter Gewichtsverlust, insbesondere durch den Abbau von Muskelmasse (Muskelatrophie). Das tritt häufig bei chronischen Erkrankungen wie Krebs (Tumorkachexie), Herzinsuffizienz, COPD oder AIDS auf. Auch bei Mangelernährung oder extremem Stress (z. B. nach Operationen oder schweren Verletzungen) greift der Körper auf eigene Substanzreserven zurück, um Energie bereitzustellen – was zu körperlicher Schwäche und einem geschwächten Immunsystem führen kann.

Störungen im katabolen Stoffwechsel können außerdem bei hormonellen Dysbalancen auftreten. So etwa bei einem Cortisolüberschuss (z. B. Morbus Cushing), bei dem man vermehrt körpereigene Substanzen abbaut. Auch Diabetes mellitus kann durch Insulinmangel katabole Prozesse fördern, da der Körper in diesem Zustand Glukose nicht mehr effektiv verwerten kann und stattdessen Fett- und Muskelreserven angreift. Langfristig führen solche Prozesse zu einem erheblichen Verlust an Lebensqualität und körperlicher Belastbarkeit.