Biologie: 10. Klasse

Stoffwechsel

Unter Stoffwechsel versteht man die Aufnahme, den Transport und die chemische Umwandlung von Stoffen in einem Organismus, sowie die Abgabe von Stoffwechselprodukten an die Umgebung.

Der Stoffwechsel gliedert sich in zwei Teile: Der Baustoffwechsel dient dem Aufbau und Erhalt der Körpersubstanz. Beim Energiestoffwechsel wird Energie freigesetzt, die ein Organismus nutzt. Dadurch werden die Körperfunktionen aufrechterhalten sowie Wachstum und Bewegung ermöglicht.

Um Energie zu erhalten, wird Glucose (Traubenzucker) im Körper abgebaut. Die darin enthaltene chemische Energie wird dabei frei und die entstehende Wärme an die Umgebung abgegeben. Pflanzen gewinnen Glucose mittels der Photosynthese, bei der Kohlenstoffdioxid mit Wasser zu Traubenzucker, Wasser und Sauerstoff umgewandelt wird. Die Glucose wird anschließend zur Speicherung in Stärke umgewandelt.

Bestandteile der Nahrung

Als Nahrung nehmen wir organische, energiereiche und hochmolekulare Stoffe auf. Diese nutzt unser Körper zur Aufrechterhaltung der Lebensvorgänge, indem er sie zu anorganischen, energiearmen und niedermolekularen Stoffen abbaut.

In der Nahrung sind die Nährstoffe Kohlenhydrate, Fette und Proteine vorhanden und zusätzlich nehmen wir noch Mineralstoffe, Vitamine und Wasser auf.

Kohlenhydrate

Bei den Kohlenhydraten unterscheidet man zwischen drei Arten:

• Einfachzucker (Monosaccharide)
• Zweifachzucker (Disaccharide)
• Vielfachzucker (Polysaccharide)

Traubenzucker (Glucose) und Fruchtzucker (Fructose) sind zwei Beispiele für Monosaccharide. Aus ihnen können Disaccharide entstehen, indem sich zwei einfache Zuckermoleküle verbinden, z.B. Malzzucker (Maltose; bestehend aus zwei Glucosemolekülen), Rübenzucker (Saccharose; ein Glucose- und ein Fructosemolekül) und Milchzucker (Lactose).

Verbinden sich mehrere Tausend Monosaccharide und bilden eine Kette, spricht man von einem Polysaccharid. Wichtige Polysaccharide sind in Pflanzen Stärke sowie bei Tieren und bei Menschen Glykogen. Diese sind Reservestoffe. Ein weiteres pflanzliches Polysaccharid ist die Cellulose, ein Gerüststoff. Es kann vom Menschen nicht verdaut werden, ist aber ein wichtiger Ballaststoff.

Proteine

Es sind in der Regel große Moleküle (Makromoleküle). Bausteine der Proteine sind die Aminosäuren (auch Aminocarbonsäuren).

Es gibt insgesamt 20 Aminosäuren, von denen acht essentiell sind, d.h. sie müssen mit der Nahrung aufgenommen werden, da sie nicht durch Umbau anderer organischer Verbindungen hergestellt werden.

Die Reihenfolge der Aminosäuren in einem Protein (Aminosäuresequenz) entscheidet über die Art und die Eigenschaften des Proteins. Die Sequenz ist genetisch weitgehend festgelegt.

Fette

Ein Fettmolekül besteht aus einem Alkoholanteil (Glycerin) und aus bis zu drei Fettsäuren. Man unterscheidet gesättigte Fettsäuren (ohne Doppelbindungen) und ungesättigte Fettsäuren (enthalten eine oder mehrere Doppelbindungen).

Tierische Fette

Bei tierischen Fetten ist der Anteil gesättigter Fettsäuren hoch; Meeresfische enthalten allerdings besonders langkettige mehrfach ungesättigte Fettsäuren. Bekannt sind die Omega-Fettsäuren, die vorbeugend gegen Herz- und Kreislauferkrankungen wirken.

Pflanzenöl (z.B. Oliven-, Sonnenblumen-, Rapsöl)

Der Anteil der einfach-mehrfach ungesättigten Fettsäuren ist hoch.

Bedeutung der Nährstoffe

Durch die Nährstoffe können der Grundumsatz gewährleistet werden. Dieser Umsatz ist der Energiebedarf, den der menschliche Körper bei völliger Ruhe zur Aufrechterhaltung der Körperfunktionen und der Körpertemperatur benötigt. Zudem kann der Leistungsumsatz, der Energiebedarf körperlicher Arbeit, erreicht werden.

Kohlenhydrate

Sie sind Energielieferanten und die überschüssigen Kohlenhydrate werden als Glykogen in der Leber und im Muskelgewebe als Reservestoff oder als Fett mit Einlagerung im Unterhautsgewebe gespeichert.

Fette

Sie sind die wichtigsten Rohstoffe und sind Bestandteile der Zellmembranen und von Hormonen.

Proteine

Die Proteine sind die Baustoffe der Lebewesen.

Vitamine

Sie wurden um 1900 von einem Arzt auf Java (Indonesien) entdeckt, der Strafgefangene beobachtete. Gefangene und Hühner erhielten als Nahrung geschälten Reis und beide erkrankten an Beriberi. Symptome sind Lähmung, Muskelschwund und führt letztlich zum Tod. Bei ungeschältem Reis trat diese Krankheit nicht auf. Daraus folgerte er, dass in der Schale Stoffe enthalten sein müssen, die für die Gesunderhaltung des Körpers wichtig sind. Man nennt diese Vitamine.

Es gibt ca. 20 verschiedene Vitamine, die mit Buchstaben benannt werden. Sie wirken schon in kleinsten Mengen. Vitaminmangelkrankheiten nennt man Avitaminosen.

Mineralsalze

Häufigste Ionen sind im Körper Ca²⁺- und PO₄^3--Ionen, da sie Hauptbestandteile der Knochen sind. Die Calciumionen werden zur Muskelkontraktion benötigt und Na⁺- und K⁺-Ionen zur Reizumwandlung. Elemente, die nur in kleinsten Mengen gebraucht werden, nennt man Spurenelementen, wozu Eisen- und Iodverbindungen zählen. Liegt ein Iodmangel vor, bildet sich ein Kropf, d.h. die Schilddrüse vergrößert sich.

Ballaststoffe

Sie sind unverdauliche Nahrungsmittelbestandteile, wie bei pflanzlichen Lebensmitteln. Vielfach quellen sie im Magen auf, was das Sättigungsgefühl auslöst. Außerdem wird die Darmtätigkeit angeregt und dadurch werden Verstopfungen vermieden.

Wasser

Es ist der zentrale Bestandteil der Zellen und somit besteht der Mensch zu circa 70% daraus. Verliert der Mensch 2% Wasser, löst dies ein Durstgefühl aus und die Ausdauer und das Denkvermögen nimmt ab. Bei 10% Wasserverlust gibt es schwere Stoffwechselstörungen und ein 20%iger Wasserverlust kann tödlich verlaufen.