Stoffwechsel – Energiegewinnung in Tier- und Pflanzenzellen

Stoffwechsel der Tier- und Pflanzenzelle – Übersicht

Du hast heute viele Stunden Schulunterricht geschafft, vielleicht noch Sport getrieben und viele andere Aufgaben erledigt. So wie ein Auto nur fahren kann oder eine Maschine nur funktionieren kann, wenn Energie zur Verfügung steht, benötigt auch dein Körper für alle diese Tätigkeiten Energie. Diese Energie erhältst du hauptsächlich durch das Essen. Durch die Nahrung und Getränke nimmst du Stoffe auf, um alle Funktionen deines Körpers aufrechtzuerhalten. Also neben den bereits erwähnten Tätigkeiten beispielsweise auch für die Atmung, das Wachstum und als Energiereserve. Bei diesen genannten Nährstoffen handelt es sich um Kohlenhydrate,Lipide und Proteine. Hast du dich schon einmal gefragt, wie diese Energie in die Nährstoffe gelangt? Wie läuft der Stoffwechsel in einer Pflanzenzelle und wie in einer Tierzelle ab? Die Antworten auf diese Fragen erfährst du in diesem Text.

Stoffwechsel der Tier- und Pflanzenzelle – Merkmale

Im Folgenden wird zuerst der Stoffwechsel von Pflanzenzellen und danach jener von Tierzellen erläutert. Anschließend werden die Gemeinsamkeiten und die Unterschiede dieser beiden Prozesse näher betrachtet.

Stoffwechsel Pflanzenzelle

Auch pflanzliche Zellen haben einen Stoffwechsel. Pflanzen produzieren mithilfe der Energie aus dem Sonnenlicht energiereiche, organische Stoffe für den eigenen Stoffwechsel sowie Sauerstoff. Dieser Prozess wird Fotosynthese genannt. Sie sind also energetisch unabhängig von anderen Organismen und müssen keine Nahrung aufnehmen. Diese Lebensweise trägt die Bezeichnung autotroph.

Wie genau läuft der Stoffwechsel bei Pflanzenzellen ab? Die Fotosynthese findet in Organellen mit der Bezeichnung Chloroplasten statt, die den grünen Farbstoff Chlorophyll enthalten. Wasser ($\ce{H2O}$) wird von den Wurzeln aufgenommen und in die Blätter transportiert. Über die Spaltöffnungen an den Unterseiten der Blätter nehmen die Pflanzen Kohlenstoffdioxid ($\ce{CO2}$) aus der Luft auf. Das Chlorophyll absorbiert energiereiches Sonnenlicht. Diese Energie wird dann genutzt, um aus Wasser und Kohlenstoffdioxid in einem mehrstufigen Stoffwechselprozess energiereiche Glucose (Traubenzucker, $\ce{C6H12O6}$) und Sauerstoff herzustellen. Einen Teil der Glucose benötigt die Pflanze für den eigenen Stoffwechsel, der Rest wird als Stärke gespeichert. Der Sauerstoff wird an die Umwelt abgegeben. Vielleicht kennst du aus dem Chemieunterricht schon die Möglichkeit, chemische Reaktionen mit Formeln darzustellen. Für die Fotosynthese ist dir hier die chemische Reaktionsgleichung gezeigt:

$\ce{\underset{Kohlenstoffdioxid}{6CO2} + \ \ \underset{Wasser}{6H2O} \ -> \ \ \underset{Glucose}{C6H12O6} \ + \underset{Sauerstoff}{6O2}}$

Stoffwechsel Tierzelle

Der Sauerstoff und die Energie in der Glucose aus den Pflanzen benötigen Tiere und damit auch wir Menschen für den Stoffwechsel. Über die Nährstoffe wird die Energie aufgenommen, im Prozess der Zellatmung freigesetzt und zum Aufbau körpereigener Stoffe und anderer Stoffwechselprozesse eingesetzt. Tiere und Menschen sind also von den energiereichen Stoffen der Pflanzen oder jener anderer Tiere abhängig. Diese Lebensweise wird als heterotroph bezeichnet.

Die Zellatmung findet in Organellen statt, die Mitochondrien genannt werden. Da hier die Energie gewonnen wird, werden die Mitochondrien auch als Kraftwerke der Zelle bezeichnet. In den Mitochondrien reagiert in mehreren Schritten Glucose mit Sauerstoff, der bei der Fotosynthese entsteht. Die dabei freigesetzte Energie wird in Form von Adenosintriphosphat (ATP) für Stoffwechselvorgänge in der Zelle zur Verfügung gestellt. Als Nebenprodukt entsteht Kohlenstoffdioxid, das von Tier und Mensch ausgeatmet wird und von den Pflanzen wieder für die Fotosynthese genutzt werden kann. Die Zellatmung ist also die Umkehrung der Fotosynthese. Das sieht man auch an der chemischen Reaktionsgleichung des Zellatmungsprozesses:

$\ce{ \underset{Glucose}{C6H12O6} \ \ + \underset{Sauerstoff}{6O2} \ -> \underset{Kohlenstoffdioxid}{6CO2} + \ \ \underset{Wasser}{6H2O}}$

Stoffwechsel der Tier- und Pflanzenzelle – Vergleich

Unter Autotrophie wird in der Biologie die Fähigkeit von Lebewesen verstanden, ihre vom Körper benötigten Baustoffe ausschließlich aus anorganischen Stoffen aufzubauen. Heterotrophie bedeutet dagegen, dass diese Lebewesen andere Lebewesen wie Tiere oder Pflanzen über die Nahrung zu sich nehmen müssen, um alle lebenswichtigen Stoffe herstellen zu können.

Folgende Abbildung fasst die Unterschiede zwischen der heterotrophen und der autotrophen Lebensweise zusammen:

Neben den bereits erläuterten Unterschieden weist der Stoffwechsel der Tier- und Pflanzenzellen auch Gemeinsamkeiten auf. Auch Pflanzenzellen besitzen Mitochondrien, die hier die gleichen Aufgaben erfüllen wie in den Tierzellen. Der Stoffwechsel der Tierzelle und der Pflanzenzelle, ihre Gemeinsamkeiten und ihre Unterschiede sind in folgender Tabelle kurz zusammengefasst:

Dieses Video

In diesem Video wird dir der Stoffwechsel der Zellen einfach erklärt. Nach dem Betrachten des Videos hast du die Möglichkeit, Arbeitsblätter zum Thema Stoffwechsel der Tier- und Pflanzenzellen zu bearbeiten. Viel Spaß!

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