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Was wird uns mit der Werbung auf Plakaten, im Kino, im Fernsehen zum Rauchen einer Zigarette vorgegaukelt? Abenteuer, Freiheit, Schönheit und Jugend sind die Ziele, die die unterschiedlichen Zigarettenanbieter geschickt mit dem Rauchen verknüpfen. Der Tabakrauch enthält aber Stoffe, die Organe unseres Körpers schädigen. Das steht seit Kurzem sogar deutlich auf jeder Zigarettenschachtel.
Zu den Hauptschadstoffen gehören u.a. das Kreislaufgift Nikotin (auf der Zigarettenschachtel mit N bezeichnet), die atmungshemmenden und krebserregenden Teerstoffe (auf der Schachtel mit K wie Kondensat bezeichnet) sowie das Atemgift Kohlenstoffmonooxid.

Mit der Rückresorption (auch Reresorption) von Hydrogenkarbonat-Ionen und Natrium-Ionen ins Blut wird der pH-Wert und damit das Säure-Base-Gleichgewicht im Körper konstant gehalten. Als Rückresorption bezeichnet man allgemein die passive oder aktive Wiederaufnahme (Resorption) von gelösten Stoffen und physiologisch wichtigen Substanzen aus den Tubuli der Niere und nierenartiger Organe in das Blutgefäßsystem. Aktive Membranprozesse, Ionenaustausch und Diffusion ermöglichen in Wechselwirkung den Transport von Ionen zwischen den Zellen des Tubulus und dem Blut bzw. der Tubulusflüssigkeit. Durch Druckfiltration gelangen zunächst die Salze Natriumhydrogenkarbonat, Natriumchlorid (Kochsalz) und Natriumhydrogenphosphat in den Tubulus der Henle-Schleife (Niere). Hier erfolgt die Rückresorption von Natrium-Ionen und Hydrogenkarbonat-Ionen. Ausgeschieden mit dem Endharn werden Natriumhydrogenphosphat und Ammoniumchlorid. Das notwendige Ammoniak entsteht durch Zerfall von Glutamin. Diese komplizierten Prozesse ermöglichen die Rückresorption lebenswichtiger Natrium-Ionen und den Erhalt des Säure-Base-Gleichgewichts.

* 02.10.1832 Breslau
† 29.05.1897 Würzburg

Er war Begründer der modernen Pflanzenphysiologie und arbeitete besonders über Probleme des Wachstums von Pflanzen. Es gelang ihm u. a. festzustellen, dass Stärke, die durch Kohlenstoffdioxidassimilation in den Chlorophyllkörnern gebildet wird, im Dunkeln verschwindet und im Licht von Neuem auftritt. Den Nachweis führte er mit der nach ihm benannten Iodprobe (Iodprobe nach SACHS).

* 29.03.1561 in Cap d’Istria (heute Koper, Kroatien)
† 22.02.1636 in Venedig

SANTORIO SANTORIO (auch SANCTUARIUS, latinisiert SANCTORIUS), italienischer Arzt, Physiologe und Experimentator, zählt zu den großen Wegbereitern moderner Naturwissenschaften. Der Venezianer lehrte theoretische Medizin an der Universität Padua und konstruierte mechanische Instrumente zur Messung von Stoffwechselvorgängen. 1614 erschien seine Schrift „De statica medicina“, in der er seine Versuche beschrieb. SANTORIOs Verdienst ist die Einführung von quantitativen Methoden in die biologischen Wissenschaften. Er gilt als Vorläufer der Iatrophysik (Simulierung der Vorgänge im Körper mit Hilfe mechanischer Modelle).

Grundgewebe (Parenchym) von Spross und Wurzeln einer Pflanze kann zur Speicherung von Nährstoffen (Stärke, Proteine, Glucose, Fette) genutzt werden. Besonders viele Nährstoffe werden in Samen und Früchten gespeichert. Sie werden dem Stoffwechsel vorübergehend entzogen und solange gespeichert bis sie später dem Stoffwechsel wieder zugeführt werden.
Rüben und Knollen sind bekannte Speicherorgane von Wurzel und Spross. Unter dem Mikroskop kann man die gespeicherten Stoffe in den Zellen erkennen.

Der Stickstoffkreislauf ist einer der großen Stoffkreisläufe in der belebten Natur. Wichtige Stickstoffverbindungen für die Organismen sind Ammonium bzw. Ammoniak. Diese Verbindungen können von vielen Bakterien und grünen Pflanzen als Stickstoffquelle genutzt werden, um Proteine, Nucleinsäuren und andere stickstoffhaltige Substanzen aufzubauen. Damit stellen diese die Stickstoffquelle für tierische Organismen dar, denn Tiere können nur organisch gebundenen Stickstoff verwerten.
Obwohl die Atmosphäre zu ca. 80 % aus Stickstoff besteht, können ihn die meisten Pflanzen in der dort vorliegenden Form nicht aufnehmen. Stickstoff-fixierende Bakterien können aus diesem freien Stickstoff Ammonium-Ionen herstellen. Durch Nitrifikation mit Hilfe anderer Bakteriengruppen entstehen so die für Pflanzen lebenswichtigen Nitrat-Ionen und können von ihnen in Proteine und andere stickstoffhaltige organische Verbindungen umgewandelt werden. Laubfall, Ausscheidungsprodukte von Tieren und abgestorbene Lebewesen bringen die organischen Stoffe wieder in den Boden wo sie mineralisiert werden. Der Kreislauf ist geschlossen, wenn durch Denitrifikation wieder Luftstickstoff entsteht.

Die Pflanze nimmt Kohlenstoffdioxid, Wasser und Mineralstoffe aus der Umwelt auf und stellt daraus Nährstoffe und Baustoffe her.
Bei landlebenden Pflanzen wird Wasser durch die Wurzeln aufgenommen und gelangt über das Xylem bis in die Blätter.
Die Verdunstung wird durch die Spaltöffnungen (Stomata) geregelt.
Ionenaustausch und aktiver Transport durch Zellmembranen ermöglichen die Aufnahme von Mineralsalzen aus dem Boden.
Fotosyntheseprodukte werden v. a. als Saccharose durch das Phloem in die Speicher- oder Verbrauchsorgane transportiert.

In jeder Zelle laufen hunderte von chemischen Reaktionen ab, die in ihrer Gesamtheit als Stoffwechsel (Metabolismus) bezeichnet werden. Um zu leben, benötigen alle Zellen ständig organische und anorganische Stoffe sowie chemische Energie. Zuständig für die Energiegewinnung der Zellen sind die Mitochondrien. Unter Mitwirkung von bestimmten Enzymen und Coenzymen gewinnen die Mitochondrien insbesondere aus Glucose (Traubenzucker) und Fettsäuren Energie für alle in der Zelle ablaufenden Vorgänge.Die Stoffwechselleistungen einer Zelle hängen deshalb entscheidend von ihrer Enzymausstattung ab, welche bereits genetisch festgelegt ist. Nach der Art, welche Ausgangsstoffe für die Energiegewinnung verwertet werden, unterscheidet man autotrophe und heterotrophe Organismen. Die Energie wird in Form von Adenosintriphosphat (ATP) gespeichert, so dass der Zelle stets ausreichend Energie zur Verfügung steht.Der wichtigste Weg zur ATP-Bildung ist die oxidative Phosphorylierung innerhalb der Atmungskette unter aeroben Bedingungen (Sauerstoffanwesenheit). Viele Organismen können unter anaeroben Bedingungen (Sauerstoffabwesenheit) auf ATP zurückgreifen, das in der Glykolyse entsteht. Diese Art der ATP-Bildung bezeichnet man als Gärung.

Unter Stoffwechsel versteht man die chemischen Reaktionen in einem Organismus.
Man unterscheidet zwischen Energiestoffwechsel und Baustoffwechsel und aufbauendem und abbauendem Stoffwechsel.
Stoffwechselvorgänge laufen fern vom chemischen Gleichgewicht ab.
Adenosintriphosphat (ATP) dient als Energieüberträger in der Zelle.
Enzyme katalysieren Stoffwechselreaktionen.
Der Energieumsatz kann durch direkte und indrekte Kalorimetrie gemessen werden.

Meeressäuger ist die Sammelbezeichnung für Wale (Cetacea), Robben (Pinnipedia) und Seekühe (Sirenia). Sie können häufig bis zu 20 Minuten tauchen, ohne Luft zu holen - eine Leistung, bei der jeder Mensch ersticken würde. Rekordhalter im Tauchen ist der Pottwal: er macht Tauchgänge, die bis zu 90 Minuten dauern und bis zu 3.000 Metern tief. Diese enorme Atemleistung ist durch Anpassungen in der Morphologie und Physiologie dieser Tiere möglich. So haben Robben kleine Lungen aber einen sehr hohen ${\text{O}}_{\text{2}}-\text{Gehalt}$ im Muskelgewebe, im Blut und in der Milz. Außerdem ist der Hämoglobingehalt der Erythrocyten höher als beim Menschen.

Über die Gefäße des Xylems in den Blattadern gelangen Wasser und Ionen ins Blatt. Ein Teil des Wassers und die Mineralsalze werden im Palisaden- und Schwammgewebe für die Fotosynthese und die sich anschließenden Stoffwechselvorgänge verbraucht. Der weitaus größte Teil des Wassers gelangt als Wasserdampf in die Interzellularen des Blattes und wird durch die Spaltöffnungen (Stomata) verdunstet.

Nachdem die anorganischen Stoffe durch Wurzel und Sprossachse in die Assimilationsorgane gelangt sind, werden sie in den Laubblättern durch die Fotosynthese zu Glucose, Sauerstoff und Wasser umgewandelt. Die energiereiche Glucose muss nun wiederum abgebaut und zu Pflanzenorganen transportiert werden, welche sie benötigen oder speichern. Dieser Stofftransport findet im Phloemteil der Leitbündel statt.

Von der Nahrungsaufnahme bis zur Ausscheidung der Nahrungsreste ist es ein langer Weg, den die aufgenommenen Speisen zurücklegen müssen. Sie gelangen vom Mund in die Speiseröhre, die den Speisebrei durch wellenartige (peristaltische) Bewegungen in den Magen befördert. Dort angekommen wird der Speisebrei mithilfe der Magensäfte verdaut. Aus dem Magen gelangt die Masse nun in den Dünndarm, wo weitere Verdauungssäfte auf sie einwirken. In diesen Verdauungssäften sind unter anderem auch verschiedene Enzyme enthalten. Über den Dickdarm gelangen die unverdaulichen Nahrungsreste schließlich zum After und werden ausgeschieden. Manchmal treten Probleme bei der Verdauung auf. Durch Erkrankungen oder falsche Ernährung kann es zu Durchfall oder aber zu Verstopfung kommen.

Die Nahrung gelangt durch den Mund mit Mundspeicheldrüsen und Zähnen in die Speiseröhre, von dort in den Magen und Dünndarm mit Zwölffingerdarm, über den Dickdarm mit dem Blinddarm und Mastdarm zum After.
Die chemische Umwandlung der Grundnährstoffe Kohlenhydrate, Eiweiße und Fette durch Enzyme in kleine, wasserlösliche, für die Zellen aufnehmbare Bestandteile ist der Vorgang der Verdauung.

Die Versorgung aller heterotrophen Lebewesen mit organischen Stoffen erfolgt durch Nahrungsaufnahme, Verdauung, Resorption und Abtransport. Reste dieser Stoffwechselprozesse werden durch Ausscheidung aus dem Organismus geleitet. Die Organismen haben sich im Laufe der Evolution in ihrer Ernährungsweise angepasst. Bei Einzellern finden die Verdauungs- und Resorptionsprozesse noch im Cytoplasma statt. In der weiteren Entwicklung haben sich jedoch spezielle Körperhohlräume gebildet, in denen die Verdauung stattfindet.
Würmer, Spinnen, Insekten und Schnecken sowie alle Wirbeltiere besitzen einen Magen-Darm-Trakt, der an der Mundöffnung beginnt und am After endet. Darin laufen Nahrungsaufnahme, Verdauung, Resorption und Ausscheidung in grundsätzlich gleichen Vorgängen ab. Darüber hinaus gibt es spezielle Anpassungen an die verschiedenartige Ernährungsweise, wie unterschiedliche Gliederung des Verdauungstraktes, Länge des Darms oder Symbiosen mit Cellulose spaltenden Bakterien im Magen oder Darm. Auch die Mundwerkzeuge bzw. Gebisse sind der Ernährungsweise angepasst.

Schutzeinrichtungen vor Wasserverlust gehören zu den morphologischen Anpassungserscheinungen, welche entweder zu Gestaltumbildungen von Organen oder Veränderungen der Anatomie führen. Ohne Wasser sterben Pflanzen ab. Aufgrund spezieller trockener Standortbedingungen haben Pflanzen sich morphologisch und anatomisch an diese Bedingungen angepasst, so dass ein Überleben garantiert ist. Besonders untersucht wurden die Hartlaubgewächse des Mittelmeerraumes, zu denen beispielsweise der Oleander gehört. Die transpirationshemmenden Einrichtungen sind besonders an den Blättern zu finden.

Vitamine sind essenzielle Bestandteile der Nahrung. Sie werden nur in sehr geringen Mengen benötigt, haben aber viele Funktionen im Organismus zu erfüllen.

Die Einteilung der Vitamine erfolgt nach ihrer Löslichkeit in fettlösliche und wasserlösliche Vitamine.
Die wasserlöslichen Vitamine, z. B. die Vitamine der

• B-Gruppen (außer B12) und
• Vitamin C,

werden vom Körper nicht gespeichert und müssen deshalb täglich ersetzt werden.

Die fettlöslichen Vitamine

A, D, E und K

können im Körper, vor allem in der Leber, gespeichert und bei Bedarf an die Zellen abgegeben werden. Bei der Nahrungszubereitung ist das zu berücksichtigen.

Nachdem Wasser und Mineralsalze durch die Wurzelhaare in die Pflanze aufgenommen wurden, müssen sie nun durch den Pflanzenkörper zu den assimilierenden Organen geleitet werden. Diese Leitung erfolgt meist entgegengesetzt der Schwerkraft und beruht auf den Prinzipien der Kohäsion und Adhäsion. Spezialisierte Leitungsgewebe sorgen für einen verlustarmen Weitertransport der Stoffe. Je nach Gestalt und Anpassung der Pflanze können sie unterschiedlich gestaltet sein.

Hier kannst du dich selbst testen. So kannst du dich gezielt auf Prüfungen und Klausuren vorbereiten oder deine Lernerfolge kontrollieren.

Multiple-Choice-Test zum Thema "Stoffwechsel und Energieumsatz".

Viel Spaß beim Beantworten der Fragen!

WISSENSTEST

Wurzeln sind neben Spross, Laubblatt und Blüte Organe von Pflanzen, die sich vor allem in Bodenschichten befinden. Ihre Aufgaben sind die Verankerung der Pflanze im Boden sowie die Aufnahme und Weiterleitung von Wasser und Mineralsalzionen aus dem Boden ins Innere der Pflanze. Als Aufnahmegewebe dienen zahlreiche Wurzelhaare, welche unmittelbar hinter der Wurzelspitze gebildet werden. Beim Auskeimen eines Samens entwickelt sich noch vor der Sprossachse die Keimwurzel, um Standpunkt und erste Nahrungsaufnahme der Pflanze zu sichern. Je nach Wachstum einzelner Wurzeln und Wurzelabschnitte kann man verschiedene Wurzelsysteme unterscheiden (Bewurzelungsformen). Sie entstehen in Angepasstheit an Boden- und Standortbedingungen und besitzen eine unterschiedliche Standfestigkeit.
Der innere Bau einer Wurzel gestaltet sich mehrschichtig: Äußerlich begrenzt durch eine einschichtige Rhizodermis und später mehrschichtige Exodermis erstreckt sich bis zum mittleren Zentralzylinder das Rindenparenchym. Die Endodermis trennt Zentralzylinder und Rindenparenchym voneinander ab. Die äußerste Schicht des Zentralzylinders- das Perizykel- besteht aus teilungsfähigen Zellen und ist für das (sekundäre) Dickenwachstum einer Wurzel verantwortlich. Im Zentralzylinder liegen ring- bzw. strahlenförmig angeordnet die zum Leitgewebe gehörenden Elemente Xylem und Phloem.
Manche Wurzeln einiger Pflanzen können zu Speicherorganen umgebildet sein.

Zellen nehmen zu ihrer Energieversorgung Glucose (Traubenzucker) auf, welche im Cytoplasma und in den Mitochondrien von Eukaryoten (Lebewesen, deren Zellen einen Zellkern besitzen) vollständig zu Kohlenstoffdioxid und Wasser abgebaut wird. Am Ende des Abbauweges gewinnt die Zelle mit Hilfe der frei werdenden Energie die energiereiche Verbindung ATP, die für viele Stoffwechselvorgänge als universelle Energiequelle für den Organismus erforderlich ist. Zur Zellatmung zählen die Prozesse der Glykolyse, des Citratzyklus und der Atmungskette.

Der Hörsinn (Schallsinn) ist ein Fernsinn und dient der Kommunikation, der Orientierung und der Wahrnehmung von Gefahren. Hören basiert auf der Registrierung von Schallwellen. Mithilfe akustischer Sinnesorgane erhalten Lebewesen Informationen über sämtliche Vorgänge, die einen Schall erzeugen. Vor allem Tiere, die selbst Schall erzeugen können, haben auch entsprechende Sinnesorgane. Bei Insekten unterscheiden sie sich in ihrem Aufbau und ihrer Lage deutlich. Bei den Wirbeltieren sind die akustischen Sinnesorgane einheitlicher gebaut.

Menschen nehmen sehr häufig Alkohol mit der Nahrung zu sich. Er ist natürlicherweise u.a. in vergorenen Früchten und Getreide (Brot) enthalten, heutzutage enthalten viele Süßspeisen, Getränke oder Fertiggerichte Alkohol. Alkohol (Ethanol) stellt für den Körper ein Gift dar (es zerstört u.a. Nervenzellen irreparabel), das mit Priorität aus dem Körper entfernt wird. Sehr geringe Mengen werden mit der Atemluft abgegeben, über die Haut ausgeschwitzt oder mit dem Urin ausgeschieden. Die restlichen über 90 % des vom Körper aufgenommenen Alkohols werden in der Leber durch Oxidation abgebaut und dann ebenfalls über Lunge bzw. Niere ausgeschieden.
Der Alkoholabbau in der Leber erfolgt in drei Schritten:
Zunächst wird mihilfe des Enzyms Alkoholdehydrogenase (ADH) Ethanol zu Ethanal (Acetaldehyd) abgebaut. Dieses noch stärkere Zellgift, das beim Abbau von Alkohol im Alkoholstoffwechsel als erstes Zwischenprodukt entsteht, wird durch das Enzym Aldehyddehydrogenase weiter zu Acetat (Essigsäure) und dieses anschließend im Citratzyklus in Kohlenstoffdioxid und Wasser umgewandelt.
Manche Menschen haben genetisch bedingt eine hohe Aktivität des Enzyms Alkoholdehydrogenase (ADH), wodurch aus Ethanol sehr schnell eine hohe Menge des giftigen Ethanals entsteht. Andere haben ein genetisch bedingtes Defizit des Enzyms Aldehyddehydrogenase (ALDH), wodurch Ethanal nicht genügend entgiftet werden kann. In beiden Fällen des genetisch veränderten Alkoholstoffwechsels steigt die Alkoholempfindlichkeit, d.h. die Menschen sind bei Alkoholaufnahme stärker gefährdet.
80% der asiatischen Einwohner haben genetisch bedingt die zweitgenannte Form der Alkoholempfindlichkeit. Die Folgen für den Organismus bei Alkoholaufnahme dieser Menschen sind oft gravierend.

Zu den legalen Drogen gehören beispielsweise Alkohol, Nikotin und Medikamente. Sie sind in Deutschland nicht verboten. Alkohol und Nikotin werden als Genussmittel, Medikamente als Arzneimittel angeboten. Bei Missbrauch zeigen diese „Alltagsdrogen“ ihre zerstörerische Wirkung an Körper und Leben des „Süchtigen“,ebenso wie die illegalen Drogen. Leider wird diese Tatsache von der Gesellschaft und in der Politik nach wie vor unterschätzt.

Den Alkoholgehalt im Blut kann man mithilfe einer einfachen Formel berechnen, mit elektronischen Messgeräten (z. B. Alkomat) feststellen oder im Labor durch eine Blutuntersuchung nachweisen.

Es gibt wohl kaum einen Menschen, der nicht schon einmal vor irgendetwas Angst gezeigt hat. Angst kann vielfältig auftreten: Angst vor Prüfungen, Angst vor Krankheit, Angst vor Gewitter, Angst vor Einsamkeit, Angst vor Versagen, Angst vor Zuspätkommen sind nur einige Beispiele aus dem breiten Erscheinungsbild menschlicher Ängste.
Beim Erleben von Angst handelt es sich um einen emotionalen Zustand des Organismus, der ursprünglich eine warnende und Aktivitäten auslösende Funktion inne hat. Gerade bei Tieren dient „Angst“ durch die sofortige Aktivierung der Fluchtbereitschaft dem Ausweichen einer Bedrohung. Beim Menschen können vor allem neue, unübersehbare Situationen und daraus resultierende Unsicherheiten bei der Verhaltensanpassung zur Auslösung ängstlicher Emotionen führen. Geht die Angst nach Beendigung der Situation nicht zurück, spricht man von Phobien oder Traumata. Die Überwindung solcher Angstzustände wird u.a. durch das längerfristige Trainieren von Verhaltensstrategien erreicht, die auf Erfahrungen mit ähnlichen Situationen aufbauen. Aber auch gute Kenntnisse über die eigene Person und die sich verändernden Umweltbedingungen und Anforderungen (Aufklärung) können die Angst minimieren.