Biologische Grundlagen: Zelle, Gewebe, Ernährung & Atmung

Die Zelle: Grundbaustein des Lebens

Die Zelle ist die grundlegende Einheit, aus der alles Lebendige aufgebaut ist. Sie ist die kleinste Einheit, die in der Lage ist, alle Funktionen auszuführen, die ein Lebewesen charakterisieren.

Einzeller und Mehrzeller

Je nachdem, ob ein Körper aus einer oder mehreren Zellen besteht, unterscheidet man:

Einzellige Organismen

Sie bestehen aus einer einzigen Zelle, die alle erforderlichen Funktionen für das Überleben ausführt. Manchmal leben mehrere einzellige Organismen miteinander verbunden und bilden Kolonien (wie Amöben).

Mehrzellige Organismen

Sie bestehen aus vielen Zellen, die ihre Fähigkeit verlieren, allein zu überleben. Jede Zelle führt eine bestimmte Aufgabe aus, und sie alle arbeiten zusammen, um den Körper zu erhalten (wie Pflanzen und Tiere). Der Körper ist aus einer großen Anzahl von Zellen aufgebaut. Menschen sind mehrzellige Lebewesen.

Zellbestandteile und ihre Funktionen

Die Zellen unseres Körpers können unterschiedliche Formen und Größen haben. Alle von ihnen besitzen folgende Hauptbestandteile:

• Zellmembran (Plasmamembran): Eine dünne Schicht, die die Zelle umgibt und die Grenze zwischen ihr und der extrazellulären Umgebung bildet.
• Zytoplasma: Der Inhalt der Zelle, den Zellkern ausgenommen. Es besteht aus einer wässrigen Lösung, in der sich eine Vielzahl von Strukturen befinden, die für die Ausführung verschiedener Funktionen verantwortlich sind.
• Zellkern: Eine kugelförmige Struktur, die sich in der Mitte der Zelle befindet. Er enthält das genetische Material mit den notwendigen Informationen zur Steuerung und Kontrolle zellulärer Funktionen.

Zellorganellen und ihre Aufgaben

Mitochondrien

Mitochondrien sind Organellen mit einer doppelten Membran, die einen ovalen Innenraum abgrenzt. Sie liefern der Zelle Energie für ihre Funktionen.

Endoplasmatisches Retikulum (ER)

Das Endoplasmatische Retikulum ist ein System aus membranumschlossenen Säcken und Kanälen, das sich durch das gesamte Zytoplasma erstreckt. Im ER werden verschiedene Substanzen hergestellt. Es gibt zwei Arten:

• Raues ER: Mit Ribosomen, die an der Außenseite seiner Membranen haften.
• Glattes ER: Ohne angelagerte Ribosomen.

Vakuolen

Vakuolen sind membranumschlossene Vesikel, die Wasser mit gelösten Substanzen enthalten. Sie dienen der Speicherung von Produkten oder Abfallstoffen.

Ribosomen

Ribosomen sind kleine Partikel, die sowohl frei im Zytoplasma als auch an den Membranen des Endoplasmatischen Retikulums vorkommen. Sie sind für die Herstellung von Proteinen zuständig.

Lysosomen

Lysosomen sind membranumschlossene Vesikel, in denen komplexe Stoffe in einfachere umgewandelt werden, die die Zelle nutzen kann.

Zytoskelett

Das Zytoskelett ist ein Netzwerk aus Filamenten, die im gesamten Zytoplasma verteilt sind. Es bildet das Skelett der Zelle und ist an ihren Bewegungen beteiligt.

Zentriolen

Zentriolen sind zwei Hohlzylinder, deren Wände aus Filamenten bestehen. Sie steuern die Bewegung des Zytoskeletts.

Golgi-Apparat

Der Golgi-Apparat besteht aus Stapeln flacher, membranumschlossener Säcke, die von kleinen Vesikeln umgeben sind. Hier werden im ER hergestellte Substanzen verpackt und oft in die extrazelluläre Umgebung abgegeben. Seine Funktion ist die Sekretion.

Eukaryotische Zellen und der Zellkern

Die Zellen des menschlichen Körpers, wie auch die von Tieren, Pflanzen, Pilzen und Protozoen, sind eukaryotische Zellen. Das bedeutet:

• Der Kern ist vom restlichen Zytoplasma durch eine ihn umgebende Membran getrennt.
• Das Zytoplasma ist in Kompartimente unterteilt, d.h., es besteht aus Elementen, die durch eine Membran abgegrenzt sind – diese nennen wir Organellen.

Der Zellkern ist eine Zellstruktur, die gut zu erkennen ist. Im Vergleich zu anderen Elementen ist er von großer Größe, meist kugelförmig und befindet sich in der Mitte der Zelle.

Bestandteile des Zellkerns

• Kernhülle: Eine doppelte Membran, die von Poren durchzogen ist, durch die der Austausch von Stoffen zwischen Zellkern und Zytoplasma stattfindet.
• Kernplasma (Karyoplasma): Der Inhalt des Kerns. Es besteht aus einer Lösung, in der sich Chromatin und Nukleolen befinden.
• Chromatin: Besteht aus einer Reihe sehr langer Fäden, die im Zellkern angeordnet sind. Jeder Strang besteht aus einem DNA-Molekül, das die genetische oder vererbte Information der Zelle enthält. Chromatin lässt sich gut mit Farbstoffen anfärben. Wenn sich eine Zelle teilt, um zwei Tochterzellen zu bilden, ziehen sich die Chromatinstränge zusammen und bilden kürzere und dickere Strukturen, die als Chromosomen bezeichnet werden. Im Kern jeder Zelle des menschlichen Körpers gibt es 46 DNA-Stränge, die 46 Chromosomen bilden, außer in Keimzellen (Gameten), wo es 23 sind.
• Nukleoli (Kernkörperchen): Dies sind die Bereiche im Kern, in denen Ribosomen produziert werden. Ihre Form ist kugelig.

Transport durch die Zellmembran

Die Plasmamembran besitzt eine selektive Permeabilität, d.h., sie lässt einige Substanzen passieren, während sie den Durchtritt anderer verhindert.

Mechanismen des Molekültransports

Kleine Moleküle überqueren die Plasmamembran über verschiedene Mechanismen:

• Diffusion: Dies ist der Mechanismus, durch den einige kleine Moleküle wie Sauerstoff und Kohlendioxid die Plasmamembran frei überqueren. Wenn diese Moleküle im Zellinneren eine geringere Konzentration aufweisen als im extrazellulären Medium, können sie in die Zelle eindringen. Andernfalls verlassen die Moleküle die Zelle, und die Konzentrationen auf beiden Seiten der Membran tendieren dazu, sich auszugleichen.
• Osmose: Osmose ist eine spezielle Form der Diffusion. Es ist die Diffusion von Wasser durch eine semipermeable Membran von einer verdünnteren Lösung zu einer stärker konzentrierten Lösung. Die Konzentrationen auf beiden Seiten neigen dazu, sich auszugleichen.
• Aktiver Transport: Manchmal benötigt eine Zelle Stoffe, die im Inneren in geringerer Konzentration vorliegen als im extrazellulären Medium. In diesen Fällen kann die Membran Stoffe durch einen Prozess transportieren, der der Diffusion entgegenwirkt, d.h. vom Ort geringerer Konzentration zum Ort höherer Konzentration. Dieser Transport erfordert einen Energieaufwand für die Zelle.

Transport großer Partikel

Größere Partikel können die Membran nicht direkt in die Zelle eindringen. In solchen Fällen stülpt sich die Membran um das Partikel ein und bildet eine kleine Tasche, die in das Zytoplasma aufgenommen wird. Dieser Prozess wird Endozytose genannt.

Der umgekehrte Vorgang, bei dem zelluläre Vesikel ihren Inhalt nach außen entleeren, ist die Exozytose.

Zellstoffwechsel: Katabolismus und Anabolismus

Der Zellstoffwechsel umfasst die Gesamtheit der chemischen Reaktionen, die innerhalb einer Zelle ablaufen.

Arten von Stoffwechselprozessen

• Katabolismus: Die Gesamtheit der Reaktionen, deren Zweck es ist, komplexe Moleküle abzubauen und in einfachere umzuwandeln, wobei die in ihnen enthaltene Energie freigesetzt wird. Die Zellatmung ist ein kataboles Beispiel.
• Anabolismus: Die Gesamtheit der Reaktionen, deren Ziel es ist, komplexe Moleküle aus einfacheren aufzubauen. Dabei wird ein Teil der im Katabolismus gewonnenen Energie verbraucht. Die Herstellung von Proteinen ist ein Beispiel.

Stoffaustausch und innere Umgebung

Zellen nehmen die für den Stoffwechsel notwendigen Substanzen aus ihrer Umgebung auf und geben die produzierten Abfallstoffe ab.

In einem einzelligen Organismus führt die Zelle diesen Austausch direkt mit der äußeren Umgebung durch. In einem mehrzelligen Organismus hat die überwiegende Mehrheit der Zellen keinen direkten Kontakt zur äußeren Umgebung.

Wie gelangen Nährstoffe zu den Zellen und wie werden Abfälle entsorgt?

Jede Zelle in unserem Körper ist von einer Flüssigkeit umgeben, die den Austausch ermöglicht – der extrazellulären Flüssigkeit, die die innere Umgebung bildet. Die verschiedenen Systeme unseres Körpers sind dafür verantwortlich, die Zellen mit Nährstoffen zu versorgen und Abfallstoffe aus dieser inneren Umgebung zu entfernen.

Zellteilung, Spezialisierung und Gewebebildung

In einem mehrzelligen Organismus erhöht sich die Anzahl der Zellen durch Zellteilung. Eine Zelle teilt sich und bildet zwei Tochterzellen. Eine davon spezialisiert sich dabei auf eine bestimmte Aufgabe und verliert oft die Fähigkeit zur Teilung. Die andere behält ihre Teilungsfähigkeit und ermöglicht so das Wachstum des Organismus und die Zellerneuerung.

Die Veränderungen in Form und innerer Struktur einer Zelle sind an ihre spezifische Funktion angepasst.

Spezialisierte Zellen eines mehrzelligen Organismus sind nicht in der Lage, selbstständig zu leben.

Gewebe: Zusammenarbeit spezialisierter Zellen

Um ihre Funktion optimal zu erfüllen, sind spezialisierte Zellen des gleichen Typs in Gruppen zusammengefasst und arbeiten zusammen, um ein Gewebe zu bilden.

Ein Gewebe umfasst nicht nur Zellen, sondern auch die Substanz, die sie selbst produzieren. Diese Substanz füllt die Zwischenräume zwischen den Zellen und wird als Interzellularsubstanz bezeichnet.

Ein Gewebe ist eine Ansammlung von Zellen, meist vom gleichen Typ, die angeordnet sind, um eine gemeinsame Funktion zu erfüllen.

Die vier Hauptgewebearten des Körpers

Die Zellen unseres Körpers sind in vier Hauptgewebearten organisiert: Epithelgewebe, Bindegewebe, Muskelgewebe und Nervengewebe. Innerhalb des Bindegewebes wird wiederum zwischen eigentlichem Bindegewebe, Knorpelgewebe und Knochengewebe unterschieden.

Epithelgewebe (Epithel)

Das Epithelgewebe bedeckt sowohl die äußere Körperoberfläche als auch die inneren und äußeren Organe. Die Zellen liegen dicht beieinander und enthalten wenig Interzellularsubstanz. Es gibt zwei Arten von Epithelien:

• Deckepithel: Besteht aus mehreren Zellschichten (wie die Haut) oder aus einer einzigen Schicht (wie in den Kapillaren). Diese Epithelien haben eine Schutzfunktion.
• Drüsenepithel: Bildet spezialisierte Epithelzellen, die Substanzen produzieren und absondern. Diese Zellen bilden Ansammlungen und in der Regel Strukturen, die als Drüsen bezeichnet werden, wie z.B. Talgdrüsen, die Öl für die Haare produzieren.

Nervengewebe

Das Nervengewebe bildet das Gehirn, das Rückenmark und die Nerven. Es ist verantwortlich für die Aufnahme von Informationen sowohl von außerhalb als auch aus dem Inneren des Körpers und deren Übermittlung an andere Körperstellen, um in jedem Fall angemessene Reaktionen zu entwickeln.

Die wichtigsten Nervenzellen sind Neuronen, die sternförmig sind und lange Fortsätze besitzen. Der Raum zwischen den Neuronen wird von Gliazellen eingenommen, einer vielfältigen Gruppe von Zellen, die Stütz-, Ernährungs- und Schutzfunktionen für die Nervenzellen ausführen.

Bindegewebe

Das Bindegewebe erfüllt Verbindungs- und Stützfunktionen. Es zeichnet sich dadurch aus, dass die Zellen von reichlich Interzellularsubstanz umgeben sind, die viele von den Zellen selbst produzierte Fasern enthält.

• Eigentliches Bindegewebe: Ist das Füllmaterial des Körpers. Es befindet sich in der tiefsten Schicht der Haut und füllt die Zwischenräume zwischen den Organen. Eine besondere Art ist das Fettgewebe.
• Knorpelgewebe: Ist der Hauptbestandteil des Skeletts von Embryonen. Bei Erwachsenen findet es sich in den Gelenken der Knochen, der Luftröhre, Nase, Ohren und Bandscheiben. Es erfüllt Stützfunktionen.
• Knochengewebe: Bildet den wesentlichen Bestandteil der Knochen eines Erwachsenen. Es ist das stärkste Bindegewebe, da die Interzellularsubstanz Kalziumsalze enthält, d.h. mineralisiert ist.

Muskelgewebe

Muskelgewebe ist der Hauptbestandteil der Muskeln und verantwortlich für die Bewegung des Körpers und seiner verschiedenen Teile. Seine Zellen sind länglich und werden als Muskelfasern bezeichnet. Es gibt drei Arten:

• Skelettmuskelgewebe (quergestreift): Bildet die Muskeln, die an den Knochen befestigt sind und Bewegung erzeugen. Die Kontraktion ist willkürlich.
• Herzmuskelgewebe (quergestreift): Bildet die dicken Wände des Herzens. Im Gegensatz zur Skelettmuskulatur ist die Kontraktion unwillkürlich.
• Glattes Muskelgewebe: Befindet sich in der Magenwand, Blutgefäßen, Gebärmutter oder Blase. Die Kontraktion ist unwillkürlich.

Organe und Organsysteme

Ein Organ besteht aus zwei oder mehreren verschiedenen Gewebearten, die zusammenarbeiten, um eine neue Funktion zu erfüllen, die jede Gewebeart einzeln nicht erfüllen könnte.

Eine Gruppe von Organen, deren Tätigkeit eng mit der Ausführung einer komplexen Funktion verbunden ist, bildet ein Organsystem oder einen Apparat.

Neben dem Verdauungssystem gibt es in unserem Körper weitere Systeme wie das Kreislauf-, Nerven- und Atmungssystem.

Ein Organismus besteht aus Organen und Organsystemen, die koordiniert zusammenarbeiten.

Transplantationen: Organersatz und Kompatibilität

Eine Transplantation ist der Ersatz eines kranken Organs, das eine Gefahr für das Leben einer Person (des Empfängers) darstellt, durch ein Organ, das richtig funktioniert.

Es ist nicht immer notwendig, ein ganzes Organ zu ersetzen; manchmal genügt die Transplantation eines Teils des Organs, bestimmter Gewebe oder Zellen.

Spender und Empfänger

Für eine Transplantation werden ein Empfänger und ein Spender benötigt.

Der Spender muss eine Person im Zustand des Hirntodes sein, d.h. eine Person, die verstorben ist, deren Herz aber künstlich am Schlagen gehalten wird, um Organe zu entnehmen, die sich in einem guten Zustand befinden.

In einigen Fällen kann der Spender eine Person sein, die nach der Spende am Leben bleibt. Dies kann geschehen, wenn der Empfänger benötigt:

• Ein erneuerbares Gewebe, wie Haut, Blut oder Knochenmark.
• Einen Teil eines Organs, das zur Regeneration fähig ist, wie die Leber.
• Ein entbehrliches Organ, wie eine Niere, da eine Person mit nur einer Niere leben kann.

Es ist wichtig, dass Spender und Empfänger so ähnlich wie möglich sind, d.h. kompatibel, da es sonst zu einer Abstoßungsreaktion kommt. Der Empfänger versucht, den Fremdkörper abzuwehren und abzustoßen, was seinen eigenen Tod verursachen kann. Dies ist eine Abwehrreaktion unseres Immunsystems.

Arten von Transplantationen

Je nach Beziehung zwischen Empfänger und Spender unterscheidet man folgende Transplantationsarten:

• Autotransplantation (Autograft): Spender und Empfänger sind ein und dieselbe Person. Wird bei Geweben oder Teilen von Organen wie Haut, Knochen, Blutgefäßen oder Knochenmark angewendet.
• Isotransplantation: Spender und Empfänger sind eineiige Zwillinge. Da sie genetisch identisch sind, kann wie bei der Autotransplantation keine Abstoßung auftreten.
• Allotransplantation: Spender und Empfänger sind Artgenossen, aber nicht genetisch identisch. Dies ist die häufigste Art der Transplantation.
• Xenotransplantation: Spender und Empfänger sind von verschiedenen Arten. Ein Beispiel ist die Verwendung von Schweineherzklappen beim Menschen.

Ernährung und Verdauung: Die Basis des Lebens

Nährstoffe und ihre Bedeutung

Die Nahrung, die wir aufnehmen, liefert die unverzichtbaren Nährstoffe, die wir benötigen, um Energie zu gewinnen und unsere Körperfunktionen zu erfüllen sowie uns zu erneuern.

Natürliche Produkte und Lebensmittel liefern die Substanzen, die unsere Zellen zum Leben brauchen.

Arten von Stoffen nach chemischer Zusammensetzung:

• Anorganische Stoffe: Wie Mineralsalze und Wasser.
• Organische Stoffe: Wie Kohlenhydrate, Lipide (Fette), Proteine und Vitamine.

Lebensmittel nach Zusammensetzung:

• Einfache Lebensmittel: Bestehen aus einer einzigen Art von Nährstoffsubstanz, z.B. Öl, Zucker.
• Zusammengesetzte Lebensmittel: Bestehen aus verschiedenen Nährstoffsubstanzen, z.B. Brot, Milch.

Anorganische Nährstoffe

Sie werden als "nicht-lebende Materie" bezeichnet, da sie keine eigene Lebensfunktion haben. Es gibt zwei Haupttypen:

• Wasser: Die häufigste Verbindung in Lebewesen und das Medium, in dem sich die Zellen entwickeln. Unser Körper verliert ständig Wasser und muss es durch die Nahrung wieder auffüllen. Neben dem Wasser, das wir trinken, enthalten auch Lebensmittel mehr oder weniger Wasser.
• Mineralsalze: Chloride, Carbonate, Phosphate usw. Sie sind in Knochen enthalten und verleihen ihnen Festigkeit. Mineralsalze sind auch in Körperflüssigkeiten wie Blut oder Schweiß gelöst.

Organische Nährstoffe

Die organischen Bestandteile der Lebensmittel sind:

• Kohlenhydrate (Glyceride): Die einfachsten, wie Glukose und Maltose, haben einen süßen Geschmack und werden daher als Zucker bezeichnet. Glukose ist ein Kohlenhydrat, das nicht in einfachere Zucker zerlegt werden kann. Maltose wird durch die Verbindung von zwei Glukosemolekülen gebildet. Stärke und Zellulose sind komplexe Kohlenhydrate, die keinen süßen Geschmack haben. Ihre Moleküle sind groß und bestehen aus vielen Glukosemolekülen.
• Lipide (Fette): Wie Fette oder Cholesterin. Dies sind Substanzen, die sich wenig oder gar nicht in Wasser lösen. Lipide pflanzlichen Ursprungs oder ungesättigte Fette sind bei Raumtemperatur flüssig und werden als Öle bezeichnet. Lipide tierischen Ursprungs oder gesättigte Fette sind fest (z.B. Butter) und werden als Schmalz bezeichnet. Ein Fettmolekül kann in einfachere Substanzen zerlegt werden: Glycerin und Fettsäuren.
• Proteine: Wie Hämoglobin oder Gluten. Sie sind Makromoleküle, die durch die Verbindung von Hunderten oder Tausenden einfacherer Moleküle, den Aminosäuren, gebildet werden. Es gibt viele verschiedene Proteine. Ein Protein unterscheidet sich von anderen durch die Art und Anordnung der Aminosäuren.
• Vitamine: Organische Substanzen, die wir in sehr geringen Mengen benötigen, die aber für die korrekte Funktion des Körpers unerlässlich sind. Da unser Körper sie nicht selbst herstellen kann, müssen wir sie über die Nahrung aufnehmen.

Lebensmittel bestehen aus denselben Verbindungen wie unser Körper, sodass komplexe Nahrungssubstanzen von unseren Zellen nur dann genutzt werden können, wenn sie zuvor in einfachere Nährstoffe umgewandelt wurden. Dies geschieht im Verdauungssystem.

Das Verdauungssystem: Aufbau und Funktion

Das Verdauungssystem besteht aus dem Verdauungstrakt und den Verdauungsdrüsen.

Der Verdauungstrakt ist ein muskulöser Schlauch, der sich vom Mund bis zum Anus erstreckt.

Teile des Verdauungstrakts

• Mund: Die Öffnung, die Zähne und Zunge enthält. Die Zähne sind im Kiefer verankert und bestehen aus einem knochenähnlichen Material, dem Dentin, das von Zahnschmelz bedeckt ist. Ihr innerer Teil enthält die Zahnpulpa mit Nervenenden und Blutgefäßen, die das Dentin ernähren. Die Zunge besteht aus starken Muskeln und vielen Geschmackssinnesrezeptoren.
• Rachen (Pharynx): Ein gemeinsamer Hohlraum für das Verdauungs- und Atmungssystem. Durch ihn gelangt die Nahrung vom Mund in die Speiseröhre und die Luft von Nase oder Mund in den Kehlkopf.
• Speiseröhre (Ösophagus): Ein Schlauch, durch den die Nahrung zum Magen transportiert wird.
• Magen: Eine sackförmige Erweiterung des Verdauungstrakts. Seine Wände haben sehr starke Muskeln und sind im leeren Zustand stark gefaltet, wobei diese Falten beim Füllen verschwinden. Der Eingang der Nahrung von der Speiseröhre wird durch ein Ventil, den Kardia, reguliert. Das andere Ventil, der Pylorus, kommuniziert mit dem Dünndarm.
• Dünndarm: Ein langer, gewundener Schlauch, der mit dem Magen und dem Dickdarm verbunden ist. Der erste Teil des Dünndarms, der auf den Magen folgt, ist das Zwölffingerdarm (Duodenum), benannt nach seiner Länge von etwa zwölf Fingerbreiten beim Menschen.
• Dickdarm: Ein dickerer Schlauch als der Dünndarm, der ihn umgibt. Er hat eine umgekehrte U-Form und umfasst den Blinddarm und den Grimmdarm (Kolon). Am Übergang vom Dünndarm zum Kolon befindet sich ein kleiner Beutel, dessen Ende eine dünne Verlängerung, den Wurmfortsatz (Appendix), aufweist. Die Kommunikation des Kolons mit der Außenwelt erfolgt über den Mastdarm (Rektum), der im Anus endet.

Verdauungsdrüsen

Verdauungsdrüsen sind Organe, die Verdauungssäfte produzieren und in den Verdauungstrakt abgeben.

Diese Säfte enthalten eine Vielzahl von Substanzen, darunter Verdauungsenzyme, die Proteine sind und den Abbau komplexer Nahrungssubstanzen in einfachere Nährstoffe beschleunigen.

Die Verdauungsdrüsen lassen sich in zwei Kategorien einteilen:

• Drüsen innerhalb des Verdauungstrakts: Dazu gehören die Magendrüsen in der Magenwand und die Darmdrüsen im Darm.
• Anhangsdrüsen (außerhalb des Verdauungstrakts):

• Speicheldrüsen: Umfassen drei Drüsenpaare, deren Gänge in den Mund münden. Sie produzieren Speichel.
• Bauchspeicheldrüse (Pankreas): Eine keilförmige Drüse, die sich links im Körper unterhalb des Magens befindet. Sie produziert Bauchspeichel, der in das Zwölffingerdarm abgegeben wird. Die Bauchspeicheldrüse produziert außerdem Insulin. Dieses Hormon wird direkt ins Blut abgegeben und reguliert den Blutzuckerspiegel.
• Leber: Die größte Drüse, die sich rechts im Körper neben dem Magen befindet. Sie produziert Galle, die in der Gallenblase gespeichert und in das Zwölffingerdarm abgegeben wird, wenn fettreiche Nahrung den Darm passiert. Die Galle enthält keine Verdauungsenzyme, hat aber eine emulgierende Wirkung auf Fette: Sie zerlegt sie in winzige, dispergierte Tröpfchen. Dies erleichtert die Wirkung der Verdauungsenzyme auf den Fettgehalt. Die Leber speichert auch Kohlenhydrate und einige Vitamine und entgiftet das Blut von Medikamenten oder giftigen Substanzen wie Alkohol.

Der Verdauungsprozess

Die Verdauung ist der Prozess der Umwandlung von Nahrungsmitteln, die sie während ihres Durchgangs durch den Verdauungstrakt erfahren. Man unterscheidet mechanische und chemische Verdauung.

Mechanische Verdauung

Sie umfasst eine Reihe von physikalischen Handlungen, die die Partikelgröße der Nahrung reduzieren und ihren Transport durch den Verdauungstrakt ermöglichen. Diese Maßnahmen sind hauptsächlich:

• Kauen: Findet im Mund statt.
• Schlucken (Deglutition): Der Transport der Nahrung vom Mund durch den Rachen in die Speiseröhre. Gleichzeitig verschließt der Kehlkopf die Atemwege, um das Eindringen von Nahrung zu verhindern.
• Bewegungen: Verursacht durch die Kontraktionen der Muskulatur des Verdauungstrakts. Es gibt zwei Arten:
  • Mischbewegungen: Bringen die Nahrungspartikel mit den Verdauungssäften in Kontakt.
  • Peristaltische Bewegungen: Befördern die Nahrung entlang des Verdauungstrakts vorwärts.

Chemische Verdauung

Dies ist die Umwandlung von Makromolekülen in kleine, lösliche Nährstoffmoleküle. Es ist ein chemischer Prozess, der durch Enzyme in den Verdauungssäften beschleunigt wird. Er findet statt:

• Im Mund: Der Speichel enthält ein Enzym namens Amylase, das die Verdauung von Kohlenhydraten beginnt.
• Im Magen: Die Nahrung wird im Magen gespeichert und mit dem Magensaft vermischt, den die Magendrüsen produzieren. Dieser Saft enthält Salzsäure und ein Enzym, Pepsin, das die Verdauung von Proteinen einleitet.
• Im Dünndarm: Hier wird der Prozess abgeschlossen. Die Säfte aus der Bauchspeicheldrüse und den Darmdrüsen werden in das Zwölffingerdarm abgegeben. Diese Säfte enthalten Enzyme wie Lipase, die Fette abbauen, und andere, die die Verarbeitung von Kohlenhydraten und Proteinen abschließen.

Während der Verdauung werden die Nahrungsmittel in Nährstoffe umgewandelt. Diese gelangen dann ins Blut und werden zu allen Zellen des Körpers transportiert.

Nährstoffaufnahme und Ausscheidung

Intestinale Absorption

Der Übergang von Nährstoffen aus dem Verdauungstrakt ins Blut findet hauptsächlich im Darm statt und wird als intestinale Absorption bezeichnet.

• Der größte Teil der organischen Nährstoffe wird im Dünndarm absorbiert. Dies ist ein schneller Prozess, da seine riesige innere Oberfläche den Kontakt zwischen den Nährstoffen und der Darmwand, die sie durchqueren müssen, erleichtert. Diese große Oberfläche ist auf mehrere Faktoren zurückzuführen:
  • Die große Länge des Dünndarms.
  • Die zahlreichen inneren Falten seiner Wand, die wiederum eine Unendlichkeit kleiner Falten aufweisen, die als Darmzotten bezeichnet werden. Diese Zotten haben die Form von Fingern und verleihen der Oberfläche ein samtiges Aussehen.
• Der größte Teil des Wassers und der Mineralsalze wird im Dickdarm absorbiert. Die dort lebenden Bakterien, die als Darmflora bezeichnet werden, produzieren einige Vitamine, die anschließend im Kolon aufgenommen werden.

Bildung und Ausscheidung von Fäkalien

Es gibt Substanzen in der Nahrung, die nicht verdaut und daher nicht absorbiert werden können. Diese Reste, die weder verdaut noch absorbiert wurden, bilden einen Teil der Fäkalien und werden über einen Mechanismus, der als Defäkation bezeichnet wird, aus dem Körper ausgeschieden.

Ernährung und Diät

Die Gesamtheit der Lebensmittel, die wir täglich zu uns nehmen, bildet unsere Ernährung.

Eine ausgewogene Ernährung ist jene, die alle Arten von Nährstoffen in ausreichender Menge liefert, um unseren Körper in gutem Zustand zu halten und eine korrekte Entwicklung zu gewährleisten.

Funktionen der Nährstoffe

Die Funktionen der Nährstoffe in Lebensmitteln sind:

• Baustofffunktion (Plastische Funktion): Nährstoffe werden genutzt, um körpereigene Substanz aufzubauen oder verlorenes Gewebe zu ersetzen. Diese Funktion erfüllen Lebensmittel, die reich an Proteinen oder Mineralien sind.
• Energiefunktion: Nährstoffe liefern Energie, die für Muskelarbeit oder zur Aufrechterhaltung der Körpertemperatur benötigt wird. Diese Funktion erfüllen Lebensmittel, die reich an Kohlenhydraten oder Lipiden sind.
• Regulierende Funktion: Nährstoffe sorgen dafür, dass alle Prozesse in unserem Körper ordnungsgemäß ablaufen. Diese Funktion erfüllen Lebensmittel, die Mineralsalze und Vitamine liefern.

Das Lebensmittelrad

Um eine ausgewogene Ernährung zu erreichen, werden Lebensmittel nach der Art der Nährstoffe, die sie liefern, und ihrer Rolle im Körper in Gruppen eingeteilt. Diese Gruppen werden als Lebensmittelrad bezeichnet.

• Die roten Gruppen (1 und 2) enthalten Lebensmittel, die reich an Proteinen sind und Baustofffunktionen erfüllen.
• Die gelben Gruppen (6 und 7) enthalten Lebensmittel, die reich an Kohlenhydraten und Lipiden sind und eine Energiefunktion erfüllen.
• Die grünen Gruppen (4 und 5) enthalten Lebensmittel, die reich an Vitaminen und Mineralsalzen sind und regulierende Funktionen erfüllen.
• Die orangefarbene Gruppe (3) umfasst alle Lebensmittel mit Nährstoffen, die sowohl Baustoff-, regulierende als auch Energiefunktionen erfüllen.

Die Mittelmeerdiät: Eine ausgewogene Ernährungsweise

Die Bezeichnung Mittelmeerdiät bezieht sich auf die traditionelle Ernährungsweise in Ländern wie Spanien, Portugal oder Italien.

Folgende Nährstoffe sind in ihr enthalten:

• Kohlenhydrate: Sie bilden die Basis dieser Ernährung und werden geliefert durch:
  • Getreide wie Reis und seine Derivate, Brot und Teigwaren.
  • Hülsenfrüchte wie Linsen oder Bohnen.
  • Obst und Gemüse.
• Die meisten Proteine stammen aus Fisch und magerem Fleisch.
• Das wichtigste verwendete Fett ist Olivenöl.
• Die essentiellen Vitamine und Mineralsalze stammen ebenfalls aus frischem Obst und Gemüse.

Vorteile der Mittelmeerdiät

Laut Experten sind die vorteilhaftesten Faktoren der Mittelmeerdiät:

• Der größte Teil der durch die Nahrung gelieferten Energie stammt aus komplexen Kohlenhydraten, und Lipide liefern nur einen kleinen Teil (was Übergewicht vorbeugt).
• Unter den Lipiden überwiegen ungesättigte Fettsäuren gegenüber gesättigten Fettsäuren, was Herz-Kreislauf-Erkrankungen vorbeugt.
• Frisches Obst und Gemüse zusammen mit Hülsenfrüchten und Vollkorngetreide liefern eine angemessene Menge an Ballaststoffen, die Verstopfung vorbeugen.

Methoden der Lebensmittelkonservierung

• Vakuumverpackung: Lebensmittel in Behältern verpacken, aus denen die Luft entfernt wurde.
• Dehydrierung (Trocknung): Wasser aus Lebensmitteln entfernen, um die Entwicklung von Mikroorganismen zu verhindern.
• Hitzebehandlung:
  • Sterilisation: Lebensmittel Temperaturen zwischen 110 °C und 120 °C aussetzen, um alle Keime abzutöten.
  • Pasteurisierung: Erhitzen auf 72 °C für 15 Sekunden und anschließend schnelles Abkühlen.
• Kältebehandlung: Lebensmittel bei niedrigen Temperaturen halten, z.B. bei 0 °C (Kühlung) oder unter 0 °C (Einfrieren), um die Entwicklung von Keimen zu verhindern.
• Zusatzstoffe: Zugabe von chemischen oder künstlichen Substanzen (Zusatzstoffen), um die Entwicklung von Mikroorganismen zu hemmen.

Das Atmungssystem: Gasaustausch und Atemwege

Aufbau des Atmungssystems

Das Atmungssystem ist dafür verantwortlich, Luft zwischen dem Körper und der äußeren Umgebung aufzunehmen und zu verteilen. Die Kanäle, durch die die Luft im Atmungssystem zirkuliert, werden als Atemwege bezeichnet:

• Zu den oberen Atemwegen gehören Nase, Rachen und Kehlkopf.
• Zu den unteren Atemwegen gehören Luftröhre, Bronchien und Bronchiolen, die in den Lungenbläschen (Alveolen) enden.

Das Atmungssystem besteht aus den Atemwegen und den Lungen, die sich im Brustkorb befinden.

Der Weg der Luft im Atmungssystem

• Nase und Mund: Sind die Eintrittswege für die Luft. Von dort gelangt die Luft in den Rachen, einen gemeinsamen Hohlraum mit dem Verdauungssystem. Von diesem Punkt an verläuft der Luftweg unabhängig vom Nahrungsweg.
• Kehlkopf: Hat eine Trichterform und seine harte, knorpelige Wand ist am vorderen Hals tastbar. In seinem Inneren befinden sich die Stimmbänder, die beim Durchtritt der Luft vibrieren und Töne erzeugen.
• Luftröhre (Trachea): Ein flexibler Schlauch, der immer offen bleibt, damit die Luft passieren kann.
• Lungen: Zwei Organe, die sich im Brustkorb befinden und von den Rippen geschützt werden. Ihre Form ist konisch, und ihre leicht konkave Basis ruht auf dem Zwerchfell.
• Bronchien und Bronchiolen: Sind röhrenförmige Strukturen, die sich wie Äste verzweigen. Anfangs gibt es zwei Hauptbronchien, die sich immer weiter in dünnere Äste unterteilen, die als Bronchiolen bezeichnet werden.
• Lungenbläschen (Alveolen): Sind sehr kleine, dünnwandige Kugeln, die das Ende der feinsten Bronchiolen bilden. Sie sind von einem Netzwerk unzähliger Kapillaren umgeben.

Gasaustausch in den Lungenbläschen

Ein Teil des Sauerstoffs aus der Luft in den Alveolen durchquert deren sehr dünne Wände und gelangt ins Blut. Kohlendioxid nimmt den umgekehrten Weg: Es geht vom Blut in das Innere der Alveolen über.

Die Wände der Alveolen sind nicht aktiv am Gasaustausch beteiligt. Die Gase durchqueren diese Wände durch Diffusion, d.h. von einem Ort höherer Konzentration zu einem Ort geringerer Konzentration. Aus diesem Grund findet kein Stickstoffaustausch statt, da die Konzentration im Inneren der Alveolen und im Blut gleich ist.

Sauerstoff aus der Luft gelangt durch einfache Diffusion ins Blut, und Kohlendioxid geht durch denselben Mechanismus in die entgegengesetzte Richtung.