Was geschieht wirklich in unseren Zellen, diesem Mikrokosmos des Lebens, der uns am Leben erhält? Diese Frage bildet den Kern einer faszinierenden Reise durch die komplexen Prozesse des Stoff- und Energiewechsels. Entdecken Sie, wie der Körper Nährstoffe aus der Nahrung extrahiert, umwandelt und für den Aufbau körpereigener Substanzen nutzt – ein Prozess, der als Assimilation bekannt ist. Tauchen Sie ein in die Welt der Enzyme, die als Katalysatoren diese lebenswichtigen Reaktionen steuern, und erfahren Sie, wie Kohlenhydrate, Fette und Eiweiße in ihre Bestandteile zerlegt und anschließend neu zusammengesetzt werden, um Gewebe, Energie und vieles mehr bereitzustellen. Doch was passiert, wenn diese Stoffe ihren Zweck erfüllt haben? Die Dissimilation, der Abbau körpereigener Stoffe, setzt ein, um Energie freizusetzen und Abfallprodukte zu erzeugen. Erforschen Sie die Rolle der Organe mit Ausscheidungsfunktion – Haut, Lunge und Nieren – bei der Beseitigung von Stoffwechselendprodukten wie Kohlendioxid, Wasser und Harnstoff. Ergründen Sie die faszinierenden Details des Hautaufbaus und ihrer vielfältigen Funktionen, von Schutz und Temperaturregulation bis hin zur Sinneswahrnehmung. Begeben Sie sich auf eine detaillierte Erkundung der Lunge, dem Organ des Gasaustauschs, und verfolgen Sie den Weg der Atemluft von der Nase bis zu den Alveolen, wo Sauerstoff ins Blut gelangt und Kohlendioxid abgegeben wird. Dieses Buch enthüllt die vernetzten Systeme, die zusammenarbeiten, um den Stoff- und Energiewechsel aufrechtzuerhalten, und bietet einen tiefen Einblick in die Wunder der menschlichen Biologie. Es ist eine Einladung, die Komplexität und Effizienz des menschlichen Körpers zu bewundern und ein tieferes Verständnis für die Bedeutung von Ernährung, Atmung und Ausscheidung für unsere Gesundheit und unser Wohlbefinden zu entwickeln. Es ist ein unverzichtbares Werk für alle, die sich für Biologie, Medizin oder einfach nur für die Funktionsweise des menschlichen Körpers interessieren. Schlüsselwörter: Stoffwechsel, Energiewechsel, Assimilation, Dissimilation, Enzyme, Haut, Lunge, Nieren, Ausscheidung, Atmung, Nährstoffe, Gasaustausch, Biologie, Körperfunktionen, Gesundheit, Zellatmung, Verdauung, Kreislauf, Kohlenhydrate, Fette, Eiweiße.
Vortrag: Organe mit Ausscheidungsfunktion im Zusammenhang mit dem Stoff- und Energiewechsel in den Zellen
Stoff- und Energiewechsel in den Zellen
- für Aufrechterhaltung aller Lebensprozesse: Mensch muss Körper energiereiche Nährstoffe zuführen
- Nährstoffe, Kohlenhydrate, Fette und Eiweiße: Aufnahme durch Nahrung ➙ in pflanzlicher oder tierischer Nahrung enthalten ➙ somit: für Menschen körperfremde Stoffe: wie sie in Nahrung vorliegen: für Körper nicht verwertbar ➙ müssen durch kompliziert verlaufende Prozesse in wasserlösliche Teilchen (Moleküle) umgewandelt werden ➙ Prozesse finden unter Einwirkung von Enzymen in Verdauungsorganen statt ➙ dabei: z. B. Kohlenhydrat Stärke wird unter Einwirkung von Enzymen über Zwischenstufen zu Glucose abgebaut ➙ Eiweiße werden zu Aminosäuren & Fette zu Glyzerin und Fettsäuren abgebaut
- lösliche Nährstoffbausteine, d. nach Verdauung vorliegen: werden aus d. Dünndarm in d. Blut und d. Lymphe aufgenommen & zu allen Zellen der Körpers transportiert ➙Blut transportiert außerdem O2 zu d. Zellen & Kohlenstoffdioxid von ihnen weg
- Wozu wird O2 in den Zellen benötigt, wo kommt d. CO2 her, was geschieht mit d. Nährstoffbausteinen in d. Zellen unseres Körpers?
Aufbau körpereigener Stoffe (Assimilation).
- aus Nährstoffbausteinen: körpereigene Kohlenhydrate, Fette und Eiweiße, werden gesteuert durch Enzyme, in Zellen aufgebaut
- aus Glucosemolekül können über verschiedene Zwischenstufen makromolekulare Kohlenhydrate aufgebaut werden
- aus Glyzerin und Fettsäuremolekülen werden Fette & aus den Aminosäuremolekülen Eiweiße synthetisiert
> Vorgänge verlaufen unter Energieumwandlungen ➙ Endprodukte sind energiereicher als ihre Ausgangsstoffe ➙ in Zellen gebildete Kohlenhydrate, Fette und Eiweiße sind körpereigene Stoffe ➙ unterscheiden sich in ihrem Molekülaufbau zum Teil wesentlich von d. in d. Nahrung enthaltenen Nährstoffen.
- in Zellen ablaufende Prozesse (für Aufbau körpereigener Kohlenhydrate, Fette und Eiweiße): werden als Assimilation bezeichnet
> Wozu werden körpereigenen Stoffe benötigt?
- Gewebe des menschlichen Körpers: bestehen zum Großteil aus Eiweißen
> Haut, Muskeln, Nerven & Haare: ebenso aus Eiweißen aufgebaut wie Teile des Blutplasmas ➙ da Organteile ständiger Abnutzung unterliegen und daher immer neu gebildet werden müssen: Eiweiße sind für Zellaufbau unerlässlich ➙ ABER: Eiweißstoffe können im Körper nicht gespeichert werden ➙ müssen täglich in ausreichender Menge mit d. Nahrung d. Körper zugeführt werden
- Kohlenhydrate und Fette sind d. wichtigsten Energieträger: spielen daher für Energiebereitstellung im Körper große Rolle ➙ nicht benötigte Kohlenhydrate & Fette können auch gespeichert werden
> Fette werden vorwiegend in Zellen d. Fettgewebes eingelagerten / energiereiches Glykogen wird in Leber- und Muskelzellen gespeichert + kann jederzeit wieder in Glucose zurückverwandelt & zur Energiegewinnung genutzt werden + Kohlenhydrate können auch in Fett umgewandelt werden
Abbau körpereigener Stoffe (Dissimilation).
- in körpereigenen Kohlenhydraten, Fetten und Eiweißen: Energie liegt in Form von chemischer Energie vor ➙ damit sie für Lebensprozesse genutzt werden kann: muss in andere Energieformen (z.B. thermische Energie) umgewandelt werden ➙ erfolgt ebenfalls in Zellen: körpereigene Kohlenhydrate, Fette und Eiweiße werden chemisch umgewandelt
> Prozess läuft durch Einwirkung von Enzymen & unter O2-zufuhr aus Atemluft ab ➙ in Zellen findet eine biolog. Oxidation statt + unterscheidet sich in ihrem Verlauf von d. aus d. Chemie bekannten - biolog. Oxidation wird durch Enzyme so gesteuert, dass sie bei Körpertemperatur abläuft und d. Energiefreisetzung kontinuierlich erfolgt + schädigt Zellen nicht ➙ deshalb: in Zellen ablaufende Oxidation wird auch als biologische Oxidation oder Zellatmung bezeichnet
- Wirkung von Enzymen zur Steuerung d. Ablaufs d. biolog. Oxidation in d. Zellen kann durch folgendes Experiment veranschaulicht werden:
- Stück Würfelzucker: wird über offener Flamme erhitzt, bis es brennt
> dafür erforderliche Zeit wird ermittelt
> Beobachtung: Zucker brennt auch nach dem Entfernen aus d. Flamme ➙ dabei: Energie in Form von therm. Energie wird frei
- Danach: Experiment wird wiederholt, ABER: Zugabe Zigarettenasche
> Feststellung: Zucker brennt nach kurzer Zeit & Energiezufuhr kann unterbrochen werden ➙ Verbrennungsprozess dauert an!
- Experiment führt zu folgend. Ergebnis: In beiden Fällen: Zufuhr von Energie war notwendig, um Reaktion in Gang zu setzen
- JEDOCH: erforderliche Energie war beim Verbrennen von Stück Würfelzucker mit Zigarettenasche geringer + Zigarettenasche muss also Stoffe enthalten, die wie Enzyme wirken.
- Ablauf der biolog. Oxidation in Zellen: Beteiligung versch. Enzyme
> Dabei: körpereigene organ. Stoffe werden zu Kohlenstoffdioxid und Wasser abgebaut ➙ diese energiearmen Endprodukte werden aus d. Zellen an d. Blut abgegeben & aus d. Körper ausgeschieden
- bei biolog. Oxidation d. Eiweiße: Ammoniak entsteht ➙ A. ist Zellgift & würde d. Organismus schädigen + durch Enzyme wird er zu ungiftigem Harnstoff umgewandelt / zum größten Teil über d. Nieren ausgeschieden
- in d. Zellen laufen Assimilations- & auch Dissimilationsprozesse ab + das heißt: von Enzymen gesteuert, werden körpereigene organische Stoffe aufgebaut, umgewandelt und wieder in energiearme Stoffe abgebaut + Stoff und Energie bilden stets eine Einheit! + Stoffumwandlungsprozesse sind Energie bindende o. Energie liefernde Prozesse & stets aufs Engste mit Energieumwandlungen verbunden ➙ an d. Aufrechterhaltung d. ständig ablaufenden Stoff- & Energiewechselprozesse in d. Zellen sind viele Organe beteiligt ➙ besonders enge funktionelle Zusammenhänge bestehen zwischen d. Organen d. Verdauungssystems, d. Atmungssystems & d. Blutkreislaufsystems. + so werden durch d. Ernährung & durch d. Atmung d. wesentlichsten Ausgangsstoffe für den Stoff- und Energiewechsel bereitgestellt + Blut sorgt für d. Transport Nährstoffbausteine & d. O2-s zu d. Zellen & für d. Abtransport d. Stoffwechselendprodukte + diese werden dann über d. Organe mit Ausscheidungsfunktionen ausgeschieden
Organe mit Ausscheidungsfunktionen
- Stoffwechselendprodukte (z.B. CO2, H2O, Harnstoff und Salze) sind für d. Organismus d. Menschen nicht weiter verwertbar ➙ werden aus d. Körper ausgeschieden ➙ d. Lunge, d. Haut & d. Nieren scheiden diese Stoffe aus
Bau und Funktionen der Haut.
- Hautoberfläche d. Menschen beträgt etwa 2 m2 + stellt d. direkten Kontakt zwischen Organismus & Umwelt dar & wird auch als äußere Haut bezeichnet
> äußere Haut besteht aus drei Schichten: d. Oberhaut, d. aus straffem Bindegewebe bestehenden Lederhaut & d. darunter liegenden (aus lockerem Bindegewebe) bestehenden Unterhaut
> Zellen d. Oberhaut sind verhornt & werden durch d. mechanischen Beanspruchungen ständig abgenutzt + d. unter d. Oberhaut liegende Keimschicht bildet neue Zellen nach + in d. Lederhaut befinden sich zahlreiche Blutgefäße, Tastkörperchen, Schweiß- und Talgdrüsen sowie Nerven + die Unterhaut besteht aus zahlreichen Fettspeicherzellen
- Bedingt durch d. Bau ist d. Haut ein Organ mit vielfältigen Funktionen:
> Schutz und Abgrenzung d. Körpers gegenüber Umwelteinflüssen (z.B. mechanische Einwirkungen, Temperaturschwankungen oder ultraviolette Strahlen)
> Regulation d. Temp. d. Körpers bei gleichwarmblütigen Lebewesen durch d. Intensität d. Durchblutung d. Hautoberfläche & durch Wasserabgabe
> Sinnesfunktionen, durch d. Vorhandensein v. Sinneszellen, d. mechan., therm. und chem. Reize aufnehmen können
- äußere Haut ist an d. Atmung des Menschen nur sehr geringfügig beteiligt: entspricht etwa 2% d. Lungenatmung
- Mensch ist ein gleichwarmblütiges Lebewesen + das heißt: Körperfunktionen laufen bei konstanter Körpertemperatur von etwa 37 °C ab + trotz schwankender Außentemperatur bleibt diese Körperwärme relativ konstant + diesen Zustand empfindet d. Mensch als behaglich + Behaglichkeitstemperatur ist abhängig v. d. körperlichen Aktivität, der Luftfeuchtigkeit, der Kleidung & vom Wind ➙ steigt d. Körpertemperatur über optimalen Wert von 37 °C: Einsetzen einer starken Durchblutung d. Haut ➙ Blutgefäße weiten sich / Blut kann rasch an d. Oberfläche d. Körpers zirkulieren ➙ dabei: Bluttemperatur kann sich senken
- bei Umgebungstemperaturen v. mehr als 36 °C: Wärmeübertragung erfolgt überwiegend durch Verdunstung ➙ gilt vor allem, wenn d. umgebende Luft trocken und heiß ist (Wüste, Sauna) / bei sehr hoher Luftfeuchtigkeit (tropischer Urwald, nasse Räume, Gewächshäuser) kann selbst bei körperlicher Ruhe nur eine Außentemperatur v. etwa 33 °C toleriert werden.
- zur Verdunstung notwendiges №O gelangt durch Diffusion durch d. v. Nervensystem regulierte Schweißsekretion d. Schweißdrüsen auf d. Körperoberfläche
Bau und Funktion der Lunge.
- Menschen benötigen zur Aufrechterhaltung ihrer Lebensfunktionen nicht nur №O & Nährstoffe, sondern auch O2 ➙ somit: jeder muss atmen
- über Nase & Mund gelangt d. O2 d. Luft in d. Luftröhre ➙ von dort: O2 wird in d.
Lunge transportiert
Weg der Atemluft.
- beim Einatmen: Luft gelangt durch d. Nasenhöhle über d. Rachenhöhle & d. Kehlkopf in d. Luftröhre & v. dort aus in d. Lunge.
- Nasenhöhle ist innen mit stark durchbluteter Schleimhaut ausgekleidet & mit vielen feinen Härchen besetzt ➙ diese: reinigen d. Luft v. kleinen Schmutzteilchen ➙ durch d. stark durchblutete Nasenschleimhaut wird d. Luft angefeuchtet & gleichzeitig erwärmt
- über d. Rachenhöhle & d. Kehlkopf gelangt d. Einatemluft i. d. Luftröhre— d. Luftröhre teilt sich i. Bereich d. Brustraumes i. zwei Bronchien (enden in immer feiner werdenden Ästen) ➙ feinste Verzweigungen d. Bronchien enden i. d. Lungenbläschen.
- Lunge eines Menschen:
> Liegen im Brustkorb & füllen ihn zum größten Teil aus
> Werden durch Furchen (Fissuren) in Lappen unterteilt
> rechte Lunge: Ober-, Mittel- und Seitenlappen
> linke Lunge: Ober- und Unterlappen (Herz benötigt Platz)
> besteht aus ca. 300 bis 500 Mil. Lungenbläschen (Alveolen) ➙ deren Wände: würden aneinander gelegt Fläche von 90 m2 bis 160 m2 ergeben
Gasaustausch in der Lunge.
- Austausch d. Atemgase 02 und CO2 erfolgt i. d. Lungenbläschen ➙ Lungenbläschen sind sehr klein (Durchmesser: ca. 0,25 mm) ➙ihre sehr dünnen Wände sind v. haarfeinen Blutkapillaren umsponnen
- Teil d. i. d. Einatemluft enthaltenen 02 gelangt durch d. zarten Wände d. Lungenbläschen i. d. Blut ➙ 02 durchdringt zunächst d. Zellmembran d. Zellen d. Wand d. Lungenbläschen & anschließend d. Zellmembran d. Zellen d. Wand d. Blutkapillaren
Häufig gestellte Fragen
Was ist der Zweck des Stoff- und Energiewechsels in den Zellen?
Der Stoff- und Energiewechsel in den Zellen dient der Aufrechterhaltung aller Lebensprozesse. Der Körper benötigt energiereiche Nährstoffe, die durch Nahrung aufgenommen und in verwertbare Moleküle umgewandelt werden müssen. Diese Moleküle werden dann für den Aufbau körpereigener Stoffe (Assimilation) und den Abbau körpereigener Stoffe (Dissimilation) verwendet.
Was geschieht bei der Assimilation?
Bei der Assimilation werden aus Nährstoffbausteinen körpereigene Kohlenhydrate, Fette und Eiweiße aufgebaut. Dieser Prozess wird durch Enzyme gesteuert und erfordert Energieumwandlungen.
Wozu werden körpereigene Stoffe benötigt?
Körpereigene Stoffe werden für verschiedene Zwecke benötigt. Eiweiße sind essentiell für den Zellaufbau und die Reparatur von Geweben. Kohlenhydrate und Fette dienen als wichtige Energieträger. Nicht benötigte Kohlenhydrate und Fette können gespeichert werden, beispielsweise als Glykogen in der Leber oder als Fett in Fettzellen.
Was geschieht bei der Dissimilation?
Bei der Dissimilation werden körpereigene Kohlenhydrate, Fette und Eiweiße abgebaut, um Energie freizusetzen. Dieser Prozess erfolgt unter Einwirkung von Enzymen und Sauerstoffzufuhr in den Zellen. Dabei entstehen Kohlenstoffdioxid und Wasser als energiearme Endprodukte.
Was passiert mit Ammoniak, das beim Abbau von Eiweißen entsteht?
Ammoniak ist ein Zellgift, das beim Abbau von Eiweißen entsteht. Es wird durch Enzyme zu ungiftigem Harnstoff umgewandelt und hauptsächlich über die Nieren ausgeschieden.
Welche Organe sind an den Stoff- und Energiewechselprozessen beteiligt?
Viele Organe sind an den Stoff- und Energiewechselprozessen beteiligt. Besonders enge funktionelle Zusammenhänge bestehen zwischen den Organen des Verdauungssystems, des Atmungssystems und des Blutkreislaufsystems. Die Ernährung und Atmung liefern die wesentlichen Ausgangsstoffe, das Blut transportiert die Nährstoffbausteine und den Sauerstoff zu den Zellen und die Stoffwechselendprodukte werden über Organe mit Ausscheidungsfunktionen ausgeschieden.
Welche Organe haben Ausscheidungsfunktionen?
Die Lunge, die Haut und die Nieren scheiden Stoffwechselendprodukte wie Kohlenstoffdioxid, Wasser, Harnstoff und Salze aus dem Körper aus.
Wie ist die Haut aufgebaut und welche Funktionen hat sie?
Die Haut besteht aus drei Schichten: der Oberhaut, der Lederhaut und der Unterhaut. Sie dient dem Schutz des Körpers vor Umwelteinflüssen, der Regulation der Körpertemperatur und der Sinneswahrnehmung.
Wie funktioniert die Temperaturregulation der Haut?
Die Haut reguliert die Körpertemperatur durch die Intensität der Durchblutung der Hautoberfläche und durch die Wasserabgabe (Schweißsekretion). Bei steigender Körpertemperatur weiten sich die Blutgefäße, und es wird mehr Schweiß produziert, um Wärme abzugeben.
Wie ist die Lunge aufgebaut und wie funktioniert der Gasaustausch?
Die Lunge besteht aus Lungenlappen und zahlreichen Lungenbläschen (Alveolen), die von Blutkapillaren umsponnen sind. Der Gasaustausch von Sauerstoff und Kohlenstoffdioxid findet in den Lungenbläschen statt. Sauerstoff diffundiert aus der Einatemluft ins Blut, während Kohlenstoffdioxid aus dem Blut in die Lungenbläschen diffundiert.
Wie gelangt die Atemluft in die Lunge?
Beim Einatmen gelangt die Luft durch die Nasenhöhle über die Rachenhöhle und den Kehlkopf in die Luftröhre. Die Luftröhre teilt sich im Brustraum in zwei Bronchien, die sich in immer feinere Äste verzweigen, die in den Lungenbläschen enden. Die Nasenhöhle reinigt, befeuchtet und erwärmt die Luft.
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- Torsten Mosler (Author), 2001, Organe mit Ausscheidungsfunktion im Zusammenhang mit dem Stoff- und Energiewechsel in den Zellen, Munich, GRIN Verlag, https://www.hausarbeiten.de/document/103764
