Organe mit Ausscheidungsfunktion im Zusammenhang mit dem Stoff- und Energiewechsel in den Zellen

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