Stoffwechsel

Wenn du nach dem Sportunterricht hungrig bist, merkt dein Körper: Jetzt wird Energie gebraucht. Auch beim Schlafen, Denken, Wachsen und Heilen arbeiten deine Zellen weiter. Sie bauen Stoffe um, holen Energie heraus und stellen neue Bausteine her. Genau darum geht es beim Stoffwechsel.

Deine Lernziele

• Du erklärst, was Stoffwechsel in Zellen bedeutet.
• Du unterscheidest Verdauung und Stoffwechsel.
• Du beschreibst Aufbau und Abbau im Stoffwechsel.
• Du verstehst, warum Enzyme und Energie dabei wichtig sind.
• Du ordnest Beispiele aus Mensch, Tier und Pflanze richtig ein.

Stoffwechsel ist mehr als Verdauung

Wenn du ein Brot isst, ist nach dem Kauen noch lange nicht alles erledigt. Die Nahrung wandert durch den Verdauungstrakt. Dort wird sie in kleinere Teile zerlegt. Erst danach können deine Körperzellen mit diesen Teilen arbeiten.

Verdauung bedeutet: Nahrung wird mechanisch und chemisch in kleinere Nährstoffe zerlegt. Dazu gehören zum Beispiel Zucker, Aminosäuren und Fettsäuren.

Stoffwechsel oder Metabolismus bedeutet: Zellen nehmen Stoffe auf, transportieren sie, bauen sie um, gewinnen Energie daraus oder bauen daraus körpereigene Stoffe. Der Stoffwechsel läuft also in lebenden Zellen ab und umfasst viel mehr als nur den Darm.

Definition

Stoffwechsel ist die Gesamtheit aller Vorgänge in Lebewesen, bei denen Stoffe aufgenommen, transportiert, chemisch verändert, aufgebaut, abgebaut oder ausgeschieden werden.

Beispiel

Du isst Nudeln. Bei der Verdauung wird Stärke aus den Nudeln zu kleineren Zuckerbausteinen zerlegt. Im Stoffwechsel kann eine Körperzelle diese Zuckerbausteine weiter abbauen und daraus Energie gewinnen.

Merke

Verdauung bereitet Nährstoffe vor. Stoffwechsel nutzt und verändert diese Stoffe in den Zellen.

Die Zelle als kleine Werkstatt

Eine Zelle ist die kleinste lebende Einheit eines Lebewesens. Dein Körper besteht aus sehr vielen Zellen. Jede Zelle braucht Baustoffe, Energie und eine geordnete Steuerung.

In einer Zelle laufen nicht einfach zufällige Reaktionen ab. Die Zelle arbeitet wie eine gut organisierte Werkstatt. Manche Stoffe kommen hinein. Andere werden umgebaut. Wieder andere werden gespeichert, weitergegeben oder als Abfallstoffe ausgeschieden.

Wichtige Ausgangsstoffe sind zum Beispiel Glucose, Fettsäuren und Aminosäuren. Glucose ist ein einfacher Zucker, den Zellen gut zur Energiegewinnung nutzen können. Aminosäuren sind Bausteine von Proteinen. Fettsäuren sind Bausteine von Fetten und können ebenfalls Energie liefern.

Beispiel

Eine Muskelzelle braucht beim Rennen schnell Energie. Sie nimmt Glucose aus dem Blut auf und baut sie schrittweise ab. Dabei entsteht Energie, die der Muskel für Bewegung nutzen kann.

Gut zu wissen

Stoffwechsel passiert nicht nur beim Sport. Auch wenn du ruhig sitzt, brauchen deine Zellen Energie für Atmung, Herzschlag, Körpertemperatur, Reparaturen und den Transport von Stoffen.

Enzyme steuern die Reaktionen

Viele Stoffwechselreaktionen würden ohne Hilfe zu langsam ablaufen. Deshalb nutzt die Zelle besondere Eiweiße.

Ein Enzym ist ein Protein, das eine chemische Reaktion beschleunigt und steuert, ohne dabei verbraucht zu werden. Enzyme passen oft sehr genau zu bestimmten Stoffen. Man kann sie sich wie Werkzeuge vorstellen: Ein Schraubendreher passt nicht zu jeder Schraube, und ein Enzym passt nicht zu jeder Reaktion.

Enzyme sind wichtig, weil Stoffwechsel geordnet bleiben muss. Die Zelle soll Zucker nicht irgendwie abbauen, sondern in passenden Schritten. Sie soll auch neue Stoffe genau dann bauen, wenn sie gebraucht werden.

Definition

Ein Enzym ist ein biologischer Katalysator. Das bedeutet: Es beschleunigt eine bestimmte Reaktion in Lebewesen, ohne selbst dauerhaft verändert zu werden.

Beispiel

Beim Abbau von Stärke helfen Enzyme dabei, lange Stärke-Ketten in kleinere Zuckerbausteine zu zerlegen. Andere Enzyme helfen später in den Zellen, diese Zuckerbausteine weiter zu verarbeiten.

Merke

Enzyme machen Stoffwechselreaktionen schnell genug und passend steuerbar.

Abbau und Aufbau: Katabolismus und Anabolismus

Manchmal muss dein Körper Stoffe zerlegen. Manchmal muss er neue Stoffe aufbauen. Beides gehört zum Stoffwechsel.

Katabolismus ist der abbauende Stoffwechsel. Dabei werden größere oder energiereiche Stoffe in kleinere Stoffe zerlegt. Häufig wird dabei Energie frei.

Anabolismus ist der aufbauende Stoffwechsel. Dabei baut die Zelle aus kleineren Bausteinen größere körpereigene Stoffe auf. Dafür braucht sie Energie.

Beispiel

Katabolismus: Eine Zelle baut Glucose ab und gewinnt Energie.

Anabolismus: Eine Muskelzelle baut aus Aminosäuren neue Proteine auf, zum Beispiel nach dem Training oder beim Wachstum.

Merke

Katabolismus baut ab und liefert oft Energie. Anabolismus baut auf und verbraucht Energie.

Energie, ATP und Stoffwechselwege

Wenn eine Zelle Energie gewinnt, liegt diese Energie nicht einfach lose herum. Sie wird in gut nutzbarer Form zwischengespeichert.

ATP ist ein kleines energiereiches Molekül. Zellen verwenden ATP als schnellen Energieträger. Wenn ATP gespalten wird, kann die frei werdende Energie zum Beispiel Bewegung, Transport oder Aufbauprozesse antreiben.

Ein Stoffwechselweg ist eine geordnete Folge mehrerer Reaktionen. Dabei wird ein Ausgangsstoff Schritt für Schritt in andere Stoffe umgewandelt. Jeder Schritt wird meist von einem bestimmten Enzym unterstützt.

Beispiel

Beim Abbau von Glucose entsteht nicht in einem einzigen Sprung nutzbare Energie. Die Zelle baut Glucose in mehreren Schritten um. Dabei entstehen Zwischenprodukte, und ein Teil der Energie wird in ATP gespeichert.

Gut zu wissen

Ein Stoffwechselweg ist wie eine Treppe. Jede Stufe ist ein Reaktionsschritt. So kann die Zelle Energie und Stoffe besser kontrollieren.

Fotosynthese ist ein Stoffwechselvorgang bei Pflanzen, Algen und einigen Bakterien. Dabei wird Lichtenergie genutzt, um aus Wasser und Kohlenstoffdioxid energiereiche Stoffe aufzubauen.

Beispiel

In Pflanzen gibt es Stoffwechselwege, die mit Lichtenergie zusammenhängen. Bei der Fotosynthese entstehen Zucker, die später für Wachstum, Speicherung oder Energiegewinnung genutzt werden können.

Beispiele bei Mensch, Tier und Pflanze

Beim Menschen denkst du vielleicht zuerst an Essen, Sport oder Körpergewicht. In der Biologie geht es aber allgemeiner darum, wie Lebewesen Stoffe und Energie nutzen.

Menschen und Tiere nehmen organische Stoffe mit der Nahrung auf. Organische Stoffe sind kohlenstoffhaltige Stoffe aus Lebewesen oder ihren Bestandteilen, zum Beispiel Zucker, Fette und Proteine. Tiere bauen solche Stoffe ab, gewinnen daraus Energie und bauen daraus eigene Körperstoffe auf.

Pflanzen können viele energiereiche Stoffe selbst herstellen. Sie nutzen Lichtenergie, Wasser und Kohlenstoffdioxid. Dabei entstehen Zucker, die später für Wachstum, Speicherung oder Energiegewinnung genutzt werden können.

Beispiel

Ein Mensch isst Kartoffeln. Stärke aus der Kartoffel wird zu Zuckerbausteinen zerlegt. Körperzellen können daraus Energie gewinnen oder einen Teil speichern.

Eine Pflanze nimmt Kohlenstoffdioxid aus der Luft auf. Mit Lichtenergie baut sie daraus Zucker auf. Diesen Zucker nutzt sie für Wachstum oder als Speicherstoff.

Stoffwechselrate und Grundumsatz

Im Alltag hört man oft: Jemand hat einen schnellen oder langsamen Stoffwechsel. Biologisch genauer geht es um die Geschwindigkeit, mit der ein Körper Energie umsetzt.

Die Stoffwechselrate beschreibt, wie viel Energie ein Organismus in einer bestimmten Zeit umsetzt. Beim Menschen ist der Grundumsatz besonders wichtig. Der Grundumsatz ist die Energiemenge, die dein Körper in völliger Ruhe für lebenswichtige Funktionen braucht.

Zum Grundumsatz gehören zum Beispiel Energie für Herzschlag, Atmung, Gehirn, Körpertemperatur und Zellarbeit. Bewegung kommt zusätzlich dazu. Deshalb verbraucht ein Körper beim Sport mehr Energie als im Liegen.

Beispiel

Auch wenn du schläfst, arbeitet dein Stoffwechsel. Dein Herz schlägt, deine Körpertemperatur wird geregelt, Zellen reparieren sich, und dein Gehirn bleibt aktiv. Dafür braucht dein Körper Energie.

Merke

Grundumsatz bedeutet nicht Faulheit. Er beschreibt die Energie, die dein Körper schon in Ruhe zum Leben braucht.

Zusammenfassung

Der Stoffwechsel ist die Gesamtheit der Stoffumwandlungen in lebenden Zellen. Er ist mehr als Verdauung, weil Zellen Stoffe aufnehmen, transportieren, abbauen, aufbauen, speichern und ausscheiden.

Enzyme steuern viele Reaktionen. Beim Katabolismus werden Stoffe abgebaut und oft Energie gewonnen. Beim Anabolismus werden neue körpereigene Stoffe aufgebaut, wofür Energie benötigt wird.

ATP dient Zellen als schneller Energieträger. Stoffwechselwege ordnen viele einzelne Reaktionen zu sinnvollen Schrittfolgen. Menschen, Tiere, Pflanzen und andere Lebewesen haben Stoffwechsel, auch wenn sie Stoffe und Energie auf unterschiedliche Weise nutzen.