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Nach der Entdeckung des Biophosphoglycerat (BPG) 1967 konnte erklärt werden, wie Sauerstoff vom Oxyhämoglobin in den Geweben wieder abgegeben wird. In den roten Blutzellen fand man die Substanz BPG, die in der gleichen Konzentration vorliegt wie Hämoglobin. Sie verändert den Partialdruck des Sauerstoffs um den Faktor 26, senkt die Sauerstoffaffinität im Gewebe und bewirkt damit Sauerstoffabgabe. Nach dem gleichen Mechanismus funktioniert die Sauerstoffübergabe des mütterlichen Blutes an den Fetus in der Plazenta.

Gärungsvorgänge gehören zu den ältesten Technologien der Menschheit. Die Zubereitung von Sauerkraut aus Weißkohl mit Hilfe von Milchsäurebakterien macht den Kohl nicht nur haltbar, er wird auch zu einem gesunden Nahrungsmittel.
Sehr aktuell in der Gegenwart ist die Joghurtherstellung, obwohl auch sie schon lange bekannt ist. Joghurtspeisen sind erfrischend und als Zwischenmahlzeit beliebt. Aus Lactose produzieren Milchsäurebakterienstämme die Milchsäure unter anaeroben Bedingungen.
Leichte alkoholische Getränke wie Bier und Wein sind entstanden, als die Menschen lernten Getreidesorten, Obst und Reben zu züchten. Während beim Bierbrauen die Stärke der Gersten- oder Weizenkörner zunächst in Zucker umgewandelt werden muss, können Trauben durch ihren Zuckergehalt sofort vergoren werden. Die notwendigen Enzyme liefern Hefepilze. Der Konsum alkoholischer Getränke hat sich gewandelt. Noch bis ins späte Mittelalter waren sie Ersatz für verunreinigtes Wasser; heute sind sie reine Genussmittel. Alkohol wurde zum gesellschaftlichen Problem, da der regelmäßige Konsum zum Alkoholismus führen kann.

Das Blut besteht aus einem flüssigen Bestandteil, dem Blutplasma, und festen Bestandteilen.

Zu den festen Bestandteilen, den Blutzellen, gehören die roten Blutzellen (rote Blutkörperchen oder Erythrozyten), die weißen Blutzellen (weiße Blutkörperchen oder Leukozyten) und die Blutplättchen (Thrombozyten).

Das Blut ist ein vielseitiges Transportmittel. Die roten Blutzellen transportieren den Sauerstoff von der Lunge in den Körper. Im Blutplasma werden z. B. Nährstoffbausteine vom Darm in den Körper und Kohlenstoffdioxid aus dem Körper zur Lunge gebracht.

Blutgerinnung und Fibrinolyse sind lebenswichtige Funktionen des Blutes. Die Gerinnung wird an den verletzten Stellen durch Veränderung der Thrombozyten ausgelöst und verläuft über eine komplizierte biochemische Reaktionskaskade bis zur Bildung von Fibrin. Dieses unlösliche Protein legt sich als Netz über die Wunde und verklebt Blutzellen zu einem Pfropf, der die Blutung unterbindet. Während der Heilung müssen die Blutgerinnsel wieder aufgelöst werden. Das geschieht durch die Reaktionen der Fibrinolyse. Im Blut stehen beide Vorgänge, Gerinnung und Fibrinolyse, in einem präzisen Gleichgewicht. Es garantiert lebenswichtigen Schutz bei Verletzungen.

Das AB0-System ist das bekannteste Blutgruppensystem. Die Blutgruppen A, B, AB und 0 werden nach dem Besitz der Antigene A und B eingeteilt. Im Blutplasma befinden sich die A-Antikörper oder B-Antikörper. Die Verklumpung des Bluts wird durch die Antikörper ausgelöst.

Das Blut fließt in einem geschlossenen Röhrensystem, das von Arterien, Kapillaren und Venen gebildet wird, durch unseren Körper. Es wird geschlossenes Blutgefäßsystem genannt.
Beim Blutkreislauf wird zwischen Körperkreislauf und Lungenkreislauf unterschieden.

Der Body-Mass-Index (BMI) ist eine geeignete Methode, um das tatsächliche Übergewicht festzustellen.

Um die Spannbreite des Normalgewichts zu erfassen, stehen einige Indizes zur Verfügung. Der von BROCA entwickelte „Broca-Index“ diente lange diesem Zweck. Er berechnet sich aus der Körperlänge in cm abzüglich 100. Die so ermittelte Zahl entspricht dem Normalgewicht. Ein Übergewicht liegt ab einem Körpergewicht von ca. 20 % über dem Broca-Normalgewicht vor. Das Problem des Broca-Index ist, dass er zu wenig die Körperfettmasse beachtet.

Besser erfolgt dies mit dem „Body-Mass-Index“, der sich aus dem tatsächlichen Körpergewicht geteilt durch das Quadrat der Körperlänge in Metern berechnet. Ein 170 cm großer und 70 kg schwerer Mensch hat also einen BMI von $\frac{70}{{\mathrm{1,7}}^2}=\mathrm{24,2}.$

Es ist schwierig, Bodenarten zu bestimmen, da kaum ein Boden einer bestimmten Stelle einem anderen völlig gleicht. Deshalb haben die Ämter für Bodenforschung eine Bodenbewertung nach der Zusammensetzung der Korngrößen entwickelt. Danach kann man die Böden in Sandböden (S), Schluffböden (U), Lehmböden (L) und Tonböden (T) einteilen. Sie liegen meistens nicht in reiner Form vor, sondern bilden Übergänge je nach prozentualem Anteil der jeweiligen Korngröße. Übergänge werden mit vorangestellten Kleinbuchstaben näher gekennzeichnet. Lehmböden nehmen eine Mittelstellung zwischen den anderen drei Körnungsklassen ein. Die Bodenart gibt Auskunft über den Nährstoff- und Wasserhaushalt eines Bodens. Ihre Bestimmung ist deshalb Voraussetzung für eine richtige Bodenbewertung und –nutzung. Nach dem Dreiecksdiagramm kann man Bodenarten nach den Körnungsklassen bewerten. Darüber hinaus wurden große Gebiete, z. B. Europa, in Bodenzonen eingeteilt. Sie entsprechen weitgehend den Klima- und Vegetationszonen.

In keinem Land der Welt gibt es mehr Brotsorten, die regelmäßig im Handel angeboten werden, als in Deutschland: mehr als 200. Dieser großen Variationsbreite liegen wenige, jahrtausendealte Grundrezepte der Herstellung zugrunde.

Der nach dem Entdecker benannte CALVIN-Zyklus beschreibt innerhalb der Fotosynthese der Pflanzen den Weg des Kohlenstoffdioxids bis zur Entstehung eines Kohlenhydrats. Für den Ablauf der chemischen Reaktionen, die im Stroma des Chloroplasten stattfinden, werden als Voraussetzungen lediglich ATP als Energiequelle und NADPH + H⁺ als Reduktionsmittel benötigt. Licht ist für diesen Vorgang nicht nötig. Die komplexen Vorgänge werden in drei Phasen eingeteilt. Zunächst erfolgt die Fixierung des Kohlenstoffdioxids an einen Akzeptor (Ribulose-1,5-bisphosphat). Das erste daraus entstehende stabile Produkt ist ein Molekül mit drei Kohlenstoffatomen: Glycerinsäure-3-phosphat. Pflanzen, die auf diesem Weg Kohlenhydrate herstellen, nennt man daher C3-Pflanzen. Neben diesem Weg haben Fotosynthesespezialisten in Anpassung an trockene Umweltbedingungen Mechanismen entwickelt, Kohlenstoffdioxid in ihren Blattgeweben vorläufig zu konzentrieren.
In einer zweiten Phase erfolgt über Zwischenprodukte unter Verbrauch von ATP und mithilfe von NADPH + H⁺ die Reduktion der Glycerinsäure-3-phosphat zu Glycerinaldehyd-3-phosphat. Einige Moleküle dieses entstehenden Kohlenhydrats werden aus dem Kreisprozess ausgeschleust und sind die Grundlage für die Bildung weiterer Kohlenhydrate, Fette und Eiweiße u. a. zur Speicherung von Energie. Die verbleibenden Glycerinaldehyd-3-phosphat-Moleküle werden im Kreislauf zur Regeneration des Akzeptors unter nochmaligem Verbrauch von ATP verwendet.
Fotosynthetisch aktive Pflanzen zeigen auch einen Gaswechsel (Sauerstoffverbrauch und Kohlenstoffdioxidabgabe), der im Licht wesentlich aktiver abläuft als im Dunkeln und wegen seiner Ähnlichkeit zur Atmung als Lichtatmung bzw. Fotorespiration bezeichnet wird.

Autotrophe Organismen stellen aus energiearmen, anorganischen und körperfremden Stoffen energiereiche, organische und körpereigene Stoffe unter Ausnutzung einer äußeren Energiequelle her. Ausgangsgangsstoff für die Bildung der organischen Stoffe sind die gebildeten Glycerinaldehyd-3-phosphatmoleküle bzw. die Glucosemoleküle aus dem CALVIN-Zyklus. Unter anderem mit Hilfe von Mineralstoffen werden dann Kohlenhydrate, Fette, Eiweiße und andere organische Stoffe hergestellt.
Heterotrophe Organismen nehmen diese organischen Stoffe mit der Nahrung auf und bauen sie im Körper entsprechend ihres Bedarfs unter Ausnutzung derer Energie um. Andere entstehende Produkte, wie z. B. Vitamine oder Ballaststoffe nehmen als Wirk- und Ergänzungsstoffe in der täglichen Nahrung einen wichtigen Platz ein.
Aus dem Glycerinaldehyd-3-phosphat des CALVIN-Zyklus werden über Zwischenprodukte weitere Kohlenhydrate wie Glucose, Saccharose, Cellulose und Stärke gebildet.
Bakterien, die zur Fotosynthese befähigt sind, stellen statt Stärke Glykogen her. Fette bestehen aus Glycerin und Fettsäuren. Die Herstellung von Fettsäuren kann im Cytoplasma, in den Chloroplasten und teilweise im Mitochondrium erfolgen, die anschließend in den Chloroplasten mit Glycerin zu Fetten reagieren. Die Einzelbausteine der Eiweiße (Proteine) sind Aminosäuren.
Pflanzen verwenden Nitrate aus der Luft, über die Knöllchenbakterien fixierten Stickstoff oder direkt aufgenommene Ammonium-Ionen zur Bildung von Aminosäuren. Die entstandenen Aminosäuren können später ineinander umgewandelt werden. Die gebildeten Kohlenhydrate, Fette und Eiweiße bzw. ihre Bausteine stellen dann die Grundlage für die Synthese anderer organischer Stoffe dar.

Chemolithoautotrophie (auch Chemosynthese) ist eine Form des chemotrophen Energiestoffwechsels (Chemotrophie), bei dem anorganische Verbindungen oder Ionen die Reduktionsäquivalente für den Energiegewinn liefern. Chemosynthese betreiben chlorophyllfreie Prokaryoten. SIe kommt bei Bodenbakterien und Wasserbakterien vor. Dieser Prozess wurde von SERGEJ NIKOLAJEWITSCH WINOGRADSKIJ (1856-1953) bei den Schwefel oxidierenden Bakterien, Eisen oxidierenden Bakterien (1887, 1889) und den nitrifizierenden Bakterien (1890) entdeckt.
Bei der Chemolithoautotrophie werden durch die Oxidation von anorganischen Stoffen ATP als Energiequelle und das Reduktionsmittel ${\text{NADH + H}}^{\text{+}}$ als Voraussetzungen für die Herstellung von Kohlenhydraten im CALVIN-Zyklus bereitgestellt.

Die Chloroplasten gehören neben Amylo-, Leuko- und Chromoplasten zu miteinander verwandten Pflanzenorganellen, die als Plastiden bezeichnet werden. Man findet sie in Blättern und anderen Organen der grünen Pflanzen sowie in ein- oder vielzelligen Algen. Sie enthalten den grünen Farbstoff Chlorophyll, Enzyme und Moleküle, die zum fotosynthetischen Stoffwechsel nötig sind.
Chloroplasten (bei Pflanzen haben sie einen Durchmesser von 1 bis 5 µm) als Zellorganellen der Fotosynthese lassen sich schon im Lichtmikroskop als linsenförmige Körperchen erkennen. Mithilfe des Elektronenmikroskops erhält man einen Einblick in die Feinstruktur der Chloroplasten. Sie bestehen im Innenraum aus einer Grundsubstanz (Stroma), lamellenartigen Membranen (Stroma- bzw. Granathylakoide), ringförmiger DNA, Assimilationsstärke, Ribosomen u. a. und werden nach außen durch eine Doppelmembran gegenüber dem Cytoplasma abgegrenzt. Durch spezielle Techniken, wie z. B. Gefrierätztechnik gelang es, den Feinbau der Thylakoidmembranen zu ermitteln. Diese enthalten besondere Strukturen, wie z. B. Fotosystem I und II, ATP-Synthase und die Enzym-Komplexe einer Elektronentransportkette.

Der Citratzyklus ist eine 1937 von HANS ADOLF KREBS (1900-1981), G. MARTIUS und F. KNOOP etwa gleichzeitig entdeckte zyklische biochemische Reaktionskette, welche in allen lebenden Zellen abläuft. Er verläuft unter Beteiligung von Zitronensäure (Citrat), die zum Zwecke der Gewinnung von Reduktionsäquivalenten in andere organische Säuren umgewandelt wird. Er oxidiert in acht Schritten Acetyl-Reste zu Wasser und Kohlenstoffdioxid. Die dabei gewonnenen Reaktionsprodukte werden an die Atmungskette weitergegeben. Durch anschließende oxidative Phosphorylierung gewinnt die Zelle aus diesem Vorgang 10 ATP pro Acetyl-Gruppe.
Außerdem erfüllt der Citratzyklus eine Schlüsselfunktion im intermediären Stoffwechsel der Zelle. Er verbindet den energieliefernden Endabbau des aus dem Protein-, Fett- und Kohlenhydratstoffwechsel stammenden Zwischenprodukts Acetyl-Coenzym A mit der Erzeugung zahlreicher Vorstufen für anabole Biosynthesewege.

Coenzyme und Cofaktoren sind niedrigmolekulare, nichtproteinartige Bestandteile von Enzymen. Coenzyme (latein. cum = zusammen, mit) sind komplexe organische Moleküle (Vitamine, Nucleotide), die meist nur locker oder vorübergehend, seltener kovalent (fest) an den Proteinanteil des Enzyms (Apoenzym) gebunden sind.
Bei Cofaktoren handelt es sich um Metallionen wie ${\text{K}}^{\text{+}}{\text{, Na}}^{\text{+}}{\text{, Mg}}^{\text{2+}}{\text{, Cu}}^{\text{2+}}{\text{oder Fe}}^{\text{2+}}\text{,}$ die in dieser Form als Elektronenakzeptoren dienen.

Sterben in der freien Natur Pflanzen ab, so sorgen Bakterien dafür, dass die organische Masse zersetzt und somit umgewandelt wird und den Pflanzen im gelösten Wasser in Form von Mineralsalzionen wieder zur Verfügung steht. In landwirtschaftlichen oder privaten Anbaugebieten des Menschen wie Äcker, Gärten und Wiesen wird durch die angebauten Pflanzen zunächst ein hoher Gehalt an Mineralstoffen aus dem Boden entnommen. Durch großflächige und gründliche Ernte steht dem Boden nun kaum noch pflanzliche Biomasse für eine erneute Mineralisierung zur Verfügung. Durch die fehlende Zersetzung organischen Materials verarmt der Boden an Makro- und Mikronährstoffen, welche Pflanzen zum Wachstum benötigen. Um die Bodenfruchtbarkeit zu erhalten, muss er deshalb mit organischem oder mineralischem Dünger versorgt werden, welcher die Salzionen in bestimmter Verteilung beinhaltet. Den genauen Mineralbedarf eines Bodens kann man mithilfe von Bodenanalysen feststellen.

Die Kalorimetrie ist ein Verfahren zur Bestimmung von Wärmemengen und Energieumsatz. Damit kann man z. B. den Joule-Gehalt (früher Kalorie: 1 cal = 4,1868 J) von Nahrungsmitteln, die freigesetzte Enthalpie von chemischen Reaktionen oder die frei werdend Energie bei Stoffwechselprozessen von Organismen messen.Die Durchführung erfolgt in einem Kalorimeter oder einer kalorimetrischen Bombe, wobei ein Wärmeaustausch mit der Umgebung durch Isolierung weitgehend verhindert wird.
Eines der ersten Kalorimeter war das Eiskalorimeter von LAVOISIER und LAPLACE von 1780.

Die beiden Coenzyme ${\text{NAD}}^{\text{+}}$ und FAD übertragen Elektronen aus den Wasserstoffatomen der Glucose auf die Elektronentransportkette zur Energiegewinnung. Dieses Auf- und Abladen der Elektronen wird als Elektronenschaukel bezeichnet.

Der zyklische Elektronentransport gehört neben der Fotolyse des Wassers, der Elektronentransportkette und anderen Reaktionsschritten zur Lichtreaktion der Fotosynthese bei Pflanzen. Diese läuft in den Chloroplasten der grünen Pflanzen ab und ermöglicht es der Pflanze, mithilfe von Lichtenergie aus den einfachen Molekülen des Kohlenstoffdioxids und des Wassers energiereiche Glucose aufzubauen. Dabei fällt, quasi als „Abfallprodukt“, Sauerstoff an. Die durch die Strahlungsenergie des Sonnenlichts angeregten Elektronen werden dabei über eine Kette von Stoffen übertragen und entweder chemisch gebunden und in der anschließenden Dunkelreaktion für die Herstellung energiereicher Glucose verbraucht oder über mehrere Komplexe zum Chlorophyllmolekül zurückgeführt. Ein Elektron des Chlorophyllmoleküls im Fotosystems I (P 700) wird dabei auf ein höheres Energieniveau gehoben und langsam unter Passieren mehrerer Molekülkomplexe in das Ausgangsniveau zurückversetzt. Bei Ankunft am ursprünglichen Chlorophyllmolekül ist ATP entstanden. Da das Elektron sich in einem Kreislauf bewegt, wird der Vorgang als zyklischer Elektronentransport bezeichnet.

Neben den Kohlenhydraten dienen auch Proteine und Fette der Energiebereitstellung für den Stoffwechsel der Lebewesen. Fette sind dabei in erster Linie wichtige Energieträger der Nahrung. Pro Masseneinheit liefern sie mehr als doppelt soviel Energie als Proteine und Kohlenhydrate. Proteine liefern dem Organismus Aminosäuren, die für die körpereigene Proteinbiosynthese verwendet werden. Überschüssige Aminosäuren werden unter Energiefreisetzung (zu Glucose) abgebaut.

Zur Erhaltung der Lebensfunktionen benötigt der Körper täglich Energie. Energieträger sind die Nährstoffe der Nahrung. Die meiste Energie ist in Fetten gespeichert.
Der Energiebedarf (Leistungsumsatz) richtet sich nach der körperlichen Betätigung. Durch Bewegungsarmut und zu viel energiereiche Nahrung ist Übergewichtigkeit zum gesundheitlichen Problem in Industriestaaten geworden. Der Körper kann ein Zuviel der energiereichen Nahrung nicht mehr abbauen und speichert es als Reserve. Als Folge bilden sich Fettpolster, deren Abbau einen hohen körperlichen Energieaufwand benötigt. Auch andere Erkrankungen, die sowohl das Essverhalten als auch die beteiligten Organe betreffen, nehmen ständig zu.

Das Coenzym ATP ist in allen Zellen die wichtigste Form chemischer Energie. ATP ist die biochemische Batterie, in der die Energie aus den Nährstoffen gespeichert wird. Halbleer heißt diese Batterie ADP.
Die gewonnene Energie ($\Delta G$) wird genutzt, um endergone Vorgänge wie Biosynthesen, Bewegungs- und Transportprozesse anzutreiben. Der größte Teil zellulären ATPs entsteht durch oxidative Phosphorylierung in den Mitochondrien oder durch Fotophosphorylierung in den Chloroplasten. Weit weniger ATP wird über die Anlagerung/Übertragung anorganischer Phosphatreste von organischen Molekülen auf ADP erzeugt. Die oxidative Phosphorylierung ist allerdings von der Anwesenheit von Sauerstoff abhängig (aerobe Bedingungen). Als oxydative Phosphorylierung bezeichnet man eine komplizierte Folge von chemischen Reaktionen, welche die Funktion haben, die Energie, die bei der Oxidation eines Substrates mit Sauerstoff freigesetzt wird, in chemischer Form, als ATP, zu speichern.

Jeder Organismus hat je nach Nahrungsaufnahme und erbrachter Leistung einen bestimmten Energieumsatz. Dieser Energieumsatz kann gemessen und genau bestimmt werden. Dazu gibt es unterschiedliche Verfahren.

Enzyme sind Biokatalysatoren, die chemische Reaktionen innerhalb eines Organismus beschleunigen. Die meisten Enzyme sind Proteine. Die Wirkung der Enzyme ist in der Regel sehr spezifisch. Zum einen bezieht sich diese Spezifik auf den Reaktionstyp, zum anderen auf die Substrate, deren Umsetzung sie katalysieren. Hochspezifische Enzyme setzen nur ein einziges Substrat um (Substratspezifität), andere besitzen eine enge Kopplung an den Reaktionstyp (Wirkungsspezifität), akzeptieren aber eine Vielzahl verschiedener Substrate. Enzyme „erkennen“ ihre Substrate in sehr charakteristischer Weise. Die Ursache dafür liegt im aktiven Zentrum, das den Substraten eines Enzyms angepasst ist.

Der Begriff „Enzyme“ setzt sich zusammen aus den griechischen Silben en-, was soviel bedeutet wie „in“ und zyme, was heißt Gärungsmittel oder Sauerteig. Ihrer Wirkung und Bedeutung nach werden Enzyme häufig auch als Biokatalysatoren bezeichnet. D.h. sie sind Stoffe biologischen Ursprungs, welche chemische Reaktionen durch Herabsetzung der Aktivierungsenergie beschleunigen, ohne selber verbraucht zu werden. Fast alle Enzyme sind Proteine, jedoch gibt es auch andere enzymatisch aktive Substanzen wie beispielsweise Ribonucleinsäuren (Ribozyme).