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Stoffwechsel – Energiegewinnung in Tier- und Pflanzenzellen

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Mtoto
Stoffwechsel – Energiegewinnung in Tier- und Pflanzenzellen
lernst du in der 7. Klasse - 8. Klasse

Grundlagen zum Thema Stoffwechsel – Energiegewinnung in Tier- und Pflanzenzellen

Inhalt

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 bei Tierzellen 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:

Vergleich Stoffwechsel Pflanzenzelle Tierzelle

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:

Pflanzenzelle Tierzelle
Lebensweise autotroph heterotroph
Energiegewinnung Fotosynthese und Zellatmung Zellatmung
Organellen der Energiegewinnung Chloroplasten und Mitochondrien Mitochondrien

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!

Transkript Stoffwechsel – Energiegewinnung in Tier- und Pflanzenzellen

Hallo. Wir müssen Nahrung aufnehmen, um zu leben. Doch wie machen das eigentlich Pflanzen? Woher nehmen die die Energie her zum Wachsen und Gedeihen? Und wie unterscheidet sich diese Energieaufnahme von der bei Tieren und den meisten Bakterien? In diesem Video geht es um die Ernährungsweisen von Zellen. Du wirst den Unterschied zwischen heterotropher und autotropher Ernährung kennenlernen, Bau und Funktion von Mitochondrien und Chloroplasten sowie die Wortgleichung der Fotosynthese. Ganz allgemein versteht man unter Ernährung die Aufnahme von Stoffen aus der Umwelt, um alle Lebensfunktionen aufrechtzuerhalten. Du nimmst Stoffe auf, um zu wachsen und um Reserven für energiearme Zeiten anzulegen. Fette und Kohlenhydrate sind Energielieferanten für Atmung, Bewegung und Stoffwechsel. Diese Stoffe und die darin enthaltene Energie können im Körper umgewandelt werden. Endprodukte werden ausgeschieden. Pflanzen und einige Bakterien bauen körpereigene organische Stoffe aus anorganischen Stoffen aus der Umwelt auf. Diese Ernährungsweise heißt autotroph, da sie sich selbst versorgen können. Über die Wurzeln nehmen Pflanzen Wasser und Mineralstoffe auf. Durch die Spaltöffnung an den Blattunterseiten gelangt Kohlenstoffdioxid in das System. Für die Energiegewinnung wird Sonnenlicht benötigt. Tiere, Pilze und die meisten Bakterien profitieren von der Fähigkeit der Pflanzen, diese anorganischen Stoffe umzuwandeln. Sie können nämlich nur organische Stoffe aus der Umwelt nutzen, um körpereigene organische Stoffe zu bilden. Diese Ernährungsweise heißt heterotroph. So werden Wasser, Mineralstoffe, Vitamine und vor allem Eiweiße, Fette und Kohlenhydrate wie Traubenzucker und Stärke aufgenommen. Anorganische Stoffe sind energiearm, organische energiereich. Für die Energiegewinnung werden spezielle Organellen in den Zellen benötigt. Dieser unterscheiden sich zwischen Tieren und Pflanzen. Bei Tieren sind die Mitochondrien von Bedeutung, die Kraftwerke der Zelle. Diese haben zwei Membranen, von denen die innere stark gefaltet ist und dadurch eine große Oberfläche hat. Hier geht die Zellatmung vonstatten. Energie, die in den aufgenommenen Nährstoffe enthalten ist, wird für den Organismus nutzbar gemacht. Pflanzen hingegen nutzen Chloroplasten. Auch diese haben eine doppelte Membran. Die entscheidenden Chlorophylle befinden sich in gestapelten Thylakoiden in Chloroplasten. Das sind die Blattfarbstoffe, die das Blatt grün erscheinen lassen. Hier findet die Fotosynthese statt. Schauen wir uns zuletzt noch die Fotosynthese an: Trifft Licht auf das Chlorophyll, wird diese Energie umgewandelt und dazu genutzt, aus Kohlenstoffdioxid und Wasser und Mineralstoffen Traubenzucker aufzubauen. Aus anorganischen, energiearmen Stoffen entsteht also eine organische, energiereiche Verbindung. Als Endprodukt entsteht außerdem Sauerstoff, das über die Spaltöffnung der Blätter abgegeben wird. Das wiederum ist wichtig für andere Lebewesen, um zu atmen. Was viele nicht wissen: Auch Pflanzen brauchen Sauerstoff und geben Kohlenstoffdioxid ab. Nämlich nachts, wenn kein Licht zur Energiegewinnung da ist und daher kein Kohlenstoffdioxid umgewandelt werden kann. Der gewonnene Traubenzucker wird in andere Organe transportiert und als Stärke gespeichert, zum Beispiel in Kartoffelknollen und Zwiebeln. Auch einige Bakterien besitzen Chlorophyll und können Fotosynthese betreiben. Fassen wir noch einmal zusammen: Pflanzen und einige Bakterien ernähren sich autotroph. Sie nehmen anorganische, energiearme Stoffe auf und wandeln diese in energiereiche, organische Verbindung um. Bei dieser Fotosynthese mithilfe von Chlorophyll in den Chloroplasten werden Kohlenstoffdioxid, Wasser und Sonnenenergie aufgenommen und in Sauerstoff und Traubenzucker umgewandelt. Tiere, Pilze und die meisten Bakterien nehmen diese organischen Stoffe der Umwelt auf und bilden körpereigene, organische Verbindung. Das nennt man heterotrophe Ernährung. Diese Zellatmung findet in den Mitochondrien statt. Ich hoffe, du hast viel gelernt. Bis zum nächsten Mal!

11 Kommentare

11 Kommentare
  1. Naja...

    Von Wenzel, vor fast 3 Jahren
  2. Leider war die Übung nicht so gut 👎🏻

    Von Katy Lou, vor fast 4 Jahren
  3. Ich konte super lernen👍🏻👍🏻👍🏻👍🏻

    Von Katy Lou, vor fast 4 Jahren
  4. Total super erklärt 😊😊😊😊🤗🤗🤗👍🏻👍🏻👍🏻👍🏻👍🏻👍🏻

    Von Katy Lou, vor fast 4 Jahren
  5. Echt tolles Video, suuuupi erklärt!!!!
    :-)
    ;-)

    Von Jonas Nelly b., vor fast 5 Jahren
Mehr Kommentare

Stoffwechsel – Energiegewinnung in Tier- und Pflanzenzellen Übung

Du möchtest dein gelerntes Wissen anwenden? Mit den Aufgaben zum Video Stoffwechsel – Energiegewinnung in Tier- und Pflanzenzellen kannst du es wiederholen und üben.
  • Gib an, welche Organismen sich heterotroph und welche sich autotroph ernähren.

    Tipps

    Heteroptrophe Organismen sind auf die äußere Zufuhr organischer Stoffe angewiesen.

    Autotrophe Organismen können anorganische Stoffe aus der Umwelt in organische körpereigene Stoffe umwandeln.

    Lösung

    Pflanzen und einige Bakterien sind autotroph, d.h., sie bauen körpereigene organische Stoffe aus anorganischen Stoffen aus der Umwelt auf. Sie können sich selbst versorgen. Tiere, Pilze und die meisten Bakterien sind heterotroph. Sie können die lebensnotwendigen Stoffe nicht selbst herstellen, sondern sind auf die Zufuhr organischer Stoffe von außen angewiesen, um organische körpereigene Stoffe zu bilden.

  • Beschreibe das Prinzip der Ernährung pflanzlicher und tierischer Zellen.

    Tipps

    Denke an die unterschiedliche Ernährung pflanzlicher und tierischer Zellen.

    Welche Zellorganellen sind jeweils daran beteiligt?

    Tiere können keine organischen körpereigenen Substanzen herstellen.

    Lösung

    Pflanzen ernähren sich autotroph. Sie nehmen anorganische Substanzen aus ihrer Umwelt auf und wandeln diese in organische körpereigene Substanzen um. Diesen Vorgang bezeichnet man als Fotosynthese. Sie läuft in den Chloroplasten der Pflanzenzellen ab. Endprodukte der Fotosynthese sind Traubenzucker und Sauerstoff. Tiere, Pilze und die meisten Bakterien nehmen organische Stoffe aus der Umwelt auf und wandeln sie in organische körpereigene um. Sie ernähren sich heterotroph. Zuständig hierfür sind die Mitochondrien.

  • Gib an, welche Pflanzen als Nutzpflanzen einen wichtigen Stärkelieferanten für Mensch und Tier darstellen.

    Tipps

    Welche Pflanzen hast du davon schon einmal gegessen?

    Lösung

    Knollenpflanzen wie die Kartoffel, Getreidepflanzen wie Mais und Reis oder auch Hülsenfrüchte wie Erbsen sind stärkeliefernde Pflanzen. Sie eignen sich sehr gut zum Verzehr. Die weltweit wichtigsten Stärkepflanzen sind Kartoffel, Mais und Weizen. In einigen Ländern spielen Maniok, Reis und Süßkartoffel eine größere Rolle.

  • Analysiere, warum Mitochondrien auch als „Kraftwerke der Zelle“ bezeichnet werden und in welchen tierischen Zellen sie vermehrt vorkommen.

    Tipps

    Denke an die Funktionen der unterschiedlichen Zelltypen im tierischen bzw. menschlichen Organismus. Welche Zellen verbrauchen wohl am meisten Energie?

    Was ist die Aufgabe eines Kraftwerks?

    Lösung

    Mitochondrien werden auch als Kraftwerke der Zelle bezeichnet, da sie die vom Organismus aufgenommenen Nährstoffe in Energie umwandeln und dem Organismus zur Verfügung stellen. In Zellen mit einem hohen Energieverbrauch findet man sie vermehrt, wie z.B. in Muskelzellen, Sinneszellen oder Herzzellen. Das erklärt sich aufgrund der Funktion von Muskeln oder Herz.

  • Erkläre die Grundlagen der Fotosynthese.

    Tipps

    Die Pflanze benötigt für die Fotosynthese anorganische Substanzen aus ihrer Umwelt, um sie in organische umzuwandeln.

    Lösung

    Für die Fotosynthese benötigt die Pflanze, bzw. die Chloroplasten und das in ihnen enthaltene Chlorophyll, Licht, welches sie in Energie umwandelt. Mithilfe dieser Energie wird aus Kohlenstoffdioxid, Wasser und Mineralstoffen Traubenzucker aufgebaut. Außerdem entsteht Sauerstoff als weiteres Endprodukt der Fotosynthese.

  • Begründe, warum Pflanzen in Räumen besser gedeihen, die kaum gelüftet werden und von vielen Menschen genutzt werden, als Pflanzen in gut gelüfteten, wenig genutzten Räumen?

    Tipps

    Denke an die benötigten Ausgangsstoffe für die Fotosynthese. Was braucht die Pflanze außer Licht und Wasser vor allem?

    In gelüfteten Räumen mit wenigen Menschen ist mehr Sauerstoff und weniger Kohlenstoffdioxid vorhanden als in schlecht gelüfteten Räumen mit vielen Menschen, die ja bei der Atmung Kohlenstoffdioxid produzieren.

    Menschen produzieren also das, was die Pflanzen für die Fotosynthese brauchen.

    Lösung

    In schlecht gelüfteten Räumen mit vielen Menschen, die bei ihrer Atmung Kohlenstoffdioxid produzieren, sind die Bedingungen für die Fotosynthese der Pflanzen besser als in gut gelüfteten Räumen mit wenigen Menschen. Die Menschen produzieren nämlich bei der Atmung das, was die Pflanzen für die Fotosynthese unter anderem benötigen. Folglich haben Pflanzen eine höhere Fotosyntheserate in Räumen mit mehr Kohlenstoffdioxid und können daher mehr Energie erzeugen und wachsen.

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