EL-MO II Moleküle, Schulbuch

110 8 Ernährung Die Lebewesen kann man in zwei unterschiedliche Gruppen einteilen. Autotrophe (griech.: selbsternährend) Lebewesen ernähren sich aus anorganischen Ausgangsstoffen wie Kohlenstoffdioxid, Wasser und Mineralsalzen. Sie bauen daraus ihre Körpersubstanz auf. Die dazu notwendige Energie entnehmen sie dem Sonnenlicht. Die bestimmende Reaktion ist die Fotosynthese . Zu dieser Gruppe von Lebewesen gehören die grünen Pflanzen und viele Algen (Abb. 110.1). Heterotrophe (griech.: von anderen ernährend) Lebewesen sind auf die Zufuhr organischer Substanz als Nahrung angewiesen. So- wohl der Aufbau ihrer Körpersubstanz als auch ihre Energiegewinnung sind von dieser Nahrung abhängig. Manche heterotrophe Lebewesen bauen energiereichere organische Verbindungen in energieärmere um und benötigen dazu keinen Sauerstoff (zB alko- holische Gärung durch die Hefe). Solche Anaerobier (griech.: ohne Luft) findet man vor allem bei Bakterien und Pilzen (Abb. 110.2). Der größte Teil der heterotrophen Lebewesen sind Aerobier . Sie gewinnen ihre Energie durch Oxidation der organischen Substanz aus der Nahrung. Dazu gehören alle höheren Tiere und der Mensch (Abb. 110.3). Das vorliegende Kapitel beschäftigt sich mit der Er- nährung des Menschen und das folgende mit den dabei ablaufenden Stoffwechselvorgängen. Nahrung besteht hauptsächlich aus Stoffen dreier Substanzgruppen, den Eiweiß- stoffen , den Kohlenhydraten und den Fetten . Diese Substanzgruppen nennt man auch Nährstoffe. Daneben ist noch eine Fülle weiterer Stoffe in der Nahrung nötig, wie anorganische Salze ( Mineralstoffe ) und Vitamine . Der Bedarf an diesen Stoffen ist weit geringer als der Nährstoffbedarf, in kleinen Mengen sind sie aber lebens- notwendig. Ballaststoffe in der Nahrung werden vom Organismus nicht verwertet, unterstützen aber die Verdauung. Zur Energiegewinnung werden vor allem die Kohlenhydrate und die Fette benötigt. Ihr Abbau und ihre Verwertung nennt man Energiestoffwechsel . Als Oxidationsmittel dient der Sauerstoff der eingeatmeten Luft. Fette und Kohlen- hydrate werden damit in einer komplizierten Reaktionsfolge oxidiert. Die Reaktio- nen, die dabei ablaufen, erfüllen eine Reihe von Bedingungen. 1. Alle Reaktionen laufen bei Körpertemperatur ab. Daher muss fast jeder Reakti- onsschritt mit Katalysatoren (Biokatalysatoren oder Enzyme) gesteuert werden, um rasch genug zu sein. Prozesse wie Verbrennungsreaktionen, die wir aus der anorganischen Technik kennen und die oft Temperaturen von über 1000 °C be- nötigen, kommen hier nicht in Frage. 2. Alle Prozesse müssen eindeutig ablaufen. Die Produkte müssen leicht auszuschei- den sein. Nebenprodukte sollen nach Möglichkeit vermieden werden. Hier besteht ein wichtiger Unterschied zu den technischen Prozessen in der organischen Che- mie, die meist durch eine Vielzahl von Nebenprodukten gekennzeichnet sind. Auch diese Bedingung wird durch die Steuerung mit Biokatalysatoren erfüllt. 3. Mit der gewonnenen Energie muss möglichst wirtschaftlich umgegangen werden. Die Energie dient zum Erzwingen chemischer Reaktionen gegen ihren natürlichen Ablauf und damit zum Aufbau körpereigener Substanzen, zur Verrichtung von Muskelarbeit, zur Erzeugung von Konzentrationsgefällen (osmotische Arbeit) und elektrischer Potenziale. Als Nebenprodukt entsteht Wärme zur Aufrechterhaltung der Körpertemperatur. Dieser Wärmeanteil darf nicht zu groß sein, da sonst Pro- bleme mit der Wärmeabgabe durch den Organismus entstehen und außerdem für die Deckung der anderen Prozesse eine zu große Nährstoffmenge nötig ist. Die Energieumsetzungen müssen also einen möglichst hohen Wirkungsgrad ha- ben. Neben dem Energiestoffwechsel werden aus den Nährstoffen die körpereigenen Substanzen aufgebaut. Dieser Erhaltungsstoffwechsel umfasst alle Nährstoffe, hauptsächlich aber die Eiweißstoffe. Aus ihnen wird körpereigenes Eiweiß aufge- baut. Ein großer Teil der organischen Körpersubstanz des Menschen besteht aus Eiweißstoffen. Die Biokatalysatoren sind Eiweißstoffe. Mineralstoffe bilden die Basis zum Aufbau der anorganischen Körpersubstanz wie Knochen und Zähne, sind aber auch am Aufbau verschiedener Biokatalysatoren be- teiligt. Vitamine sind Vorstufen der Hormone und anderer in kleinen Mengen benö- tigter Substanzen, die unser Organismus nicht aus den Hauptnährstoffen herstellen kann. CO 2 H 2 O O 2 Salze Pflanzliche Biomasse – Kohlenhydrate, Fette, Eiweiß CO 2 Kohlenhydrate organ. Substanz Alkohol – Stoffe mit geringem Energieinhalt Hefezelle CO 2 Kohlenhydrate O 2 Eiweiß Fette Harnstoff H 2 O Abb. 110.1: Der Aufbau der Nährstoffe in autotrophen Lebewesen Abb. 110.2: Der Abbau der Nährstoffe in hetero- trophen Lebewesen (Anaerobier) Abb. 110.3: Der Abbau der Nährstoffe in hetero- trophen Lebewesen (Aerobier) q9r43a Nur zu Prüf w ck n – Eigentum es Verlags öbv