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
- GLEICHZEITIG: CO2, d. bei vielen Lebensvorgängen i. d. Zellen d. Körpers ent- steht:gelangt aus d. Blut i. d. Lungenbläschen ➙ dieser Vorgang d. Gasaustausches wird durch d. unterschiedliche Konzentration v. O2 und CO2 i. d. Lungenbläschen & i. d. Blutkapillaren bewirkt ➙ O2-konzentration d. eingeatmeten Luft i. d. Lungenbläschen ist höher als d. i. Blut ➙ DESHALB: 02 diffundiert ("durchdringen") durch d. Zellmembranen aus d. Lungenbläschen i. d. Blut d. Blutkapillaren ➙ CO2-konzentration d. eingeatmeten Luft i. d. Lungenbläschen ist niedriger als d. im Blut ➙ DESHALB: CO2 diffundiert durch d. Zellmembran aus d. Blut i. d. Lungenbläschen
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