Biologische Prozesse: Verdauung, Zellatmung & Synapsen

Arten der Verdauung

Intrazelluläre Verdauung

Bei der intrazellulären Verdauung werden Nahrungsreste von der Zelle umschlossen und in ein Bläschen, ein sogenanntes Nahrungsvakuol, aufgenommen. Lysosomen geben hydrolytische Enzyme in dieses Vesikel ab, wodurch eine Verdauungsvakuole entsteht, in der die chemische Zersetzung der Nahrung stattfindet. Nach der Verdauung gelangen die Nährstoffe durch die Membran der Vakuole in das Zytoplasma. Zelluläre Abfallprodukte werden durch eine Exozytose-Vakuole aus der Zelle ausgeschieden.

Gemischte Verdauung

Die gemischte Verdauung verläuft in zwei Phasen: einer extrazellulären und einer intrazellulären. Sie kommt bei Plattwürmern und Nesseltieren vor. Bei Nesseltieren beginnt die Verdauung im Gastrovaskularraum, wo Zellen der Wand proteinabbauende Enzyme absondern. Die Verdauung wird dann innerhalb der Zellen der Gastrodermis (der Zellschicht, die den Hohlraum auskleidet) fortgesetzt. Die Nährstoffe werden durch Diffusion an andere Zellen weitergegeben. Unverdaute Reste werden durch den Mund ausgeschieden.

Extrazelluläre Verdauung

Die extrazelluläre Verdauung findet außerhalb der Zellen in Hohlräumen statt, die den Verdauungstrakt bilden. Während dieses Prozesses durchläuft die Nahrung zwei Arten von Umwandlungen:

1. Mechanische Veränderungen: Die Nahrung wird mithilfe spezialisierter Organe in kleinere Stücke zerlegt, was die chemische Umwandlung begünstigt. Bei den meisten Wirbeltieren sind die Zähne für diese Zerkleinerung verantwortlich.
2. Chemische Veränderungen: Diese bestehen aus der enzymatischen Hydrolyse großer organischer Moleküle, um sie in einfachere, aufnehmbare Moleküle umzuwandeln.

Zellulärer Abbau und Energiegewinnung

Lebewesen nutzen zwei verschiedene katabole Stoffwechselwege, um organische Verbindungen abzubauen und Energie zu erzeugen:

• Zellatmung: Ein aerober Prozess, bei dem viel Energie freigesetzt wird. Für diesen Abbau von Nährstoffen wird Sauerstoff benötigt, wobei Energie und Abfallstoffe entstehen.
• Gärung: Ein anaerober Prozess, bei dem nur wenig Energie freigesetzt wird.

Merkmale von respiratorischen Austauschflächen

Das zentrale Element jedes Atmungssystems ist die respiratorische Oberfläche – die Region, in der der Gasaustausch stattfindet. Damit dieser Austausch effizient erfolgen kann, muss die Oberfläche folgende Merkmale aufweisen:

• Dünne Wände, um die Diffusion der Gase zu erleichtern.
• Sie muss feucht sein, da sich sowohl bei Wasser- als auch bei Landtieren O₂ und CO₂ zuerst in Wasser lösen müssen, bevor sie diffundieren können.
• Sie muss von vielen Blutgefäßen durchzogen sein, um den Gasaustausch zwischen der Außenwelt und der zirkulierenden Körperflüssigkeit zu erleichtern.

Funktionsweise einer Synapse

Sobald ein Nervenimpuls das Ende eines Axons erreicht, wird er über eine funktionelle Verbindung, die Synapse, auf ein anderes Neuron oder ein Effektororgan übertragen. Wenn der Impuls das präsynaptische Element erreicht, werden Neurotransmitter in den synaptischen Spalt freigesetzt. Diese binden an Rezeptoren auf der postsynaptischen Membran, was zu einer Erhöhung der Durchlässigkeit für Natrium-Ionen (Na⁺) führt. Der Einstrom von Natrium depolarisiert die Membran und löst einen neuen Nervenimpuls aus, der sich über das zweite Neuron ausbreitet.