Biomoleküle und das menschliche Verdauungssystem

Lipide

Lipide: Gruppe von Biomolekülen, die in Wasser unlöslich sind und schwimmen, da sie eine geringere Dichte als Wasser haben. Sie bestehen aus: Fetten, Wachsen, Phospholipiden, Steroiden.

Fett

Dient als Energiereserve und schützt die inneren Organe vor Kälte. Tiere wie Eisbären haben ihren Körper mit einer dicken Fettschicht bedeckt.

Wachs

Moleküle mit Schutzfunktion und sind sehr stabil. Wasservögel haben ihre Federn mit Wachs beschichtet, was ihnen ermöglicht, die Wärme zu halten und sie wasserundurchlässig macht, während sie auf dem Wasser sind.

Phospholipid

Wird als Membranlipid bezeichnet, da es die Grundlage der biologischen Membranen bildet und die Trennung von zwei wässrigen Hälften ermöglicht.

Steroide

Gruppen, die Vitamin-Aktivität und hormonelle Funktionen haben und zu anderen Molekülen führen.

Proteine

Biomoleküle, die der Körper benötigt. Sie haben eine spezifische Funktion, d.h., jeder Mensch hat eigene Proteine, die durch den Zellbeschluss der DNA bestimmt werden. Fleisch, Pilze, Eier und Milch sind die besten Lebensmittel, da sie die höchste Qualität an Protein aufweisen, weil sie alle 20 verschiedenen Aminosäuren enthalten.

Proteinstruktur

Die konkrete Form hängt von der molekularen Ebene ab, die durch die Art der Aminosäuren bestimmt wird. Wenn sie ihre Form verlieren (durch Hitze, Alkohol, Säuren usw.), denaturieren sie irreversibel. Proteine erfüllen vielfältige Aufgaben und haben viele bekannte Namen:

• Hämoglobin: Spezialisiertes rotes Protein für den Transport von Atemgasen ($ ext{O}_2$, $ ext{CO}_2$). Ein wichtiger Bestandteil der roten Blutkörperchen.
• Kollagen: Zugfestes Protein, das den Knochen, Knorpel und Bindegewebe Widerstand verleiht. Falten sind teilweise auf einen Mangel an Kollagen zurückzuführen.
• Enzyme: Proteine mit der Funktion, Reaktionen im Stoffwechsel zu katalysieren und zu beschleunigen.
• Aktomyosin: Zwei Proteine, die zusammenwirken und die Muskelkontraktion bewirken.

Nukleinsäuren: DNA und RNA

Große und komplexe informierende Moleküle, die in Zellen synthetisiert werden. In den Zellkernen befinden sich die Chromosomen, die aus DNA und Protein bestehen.

Biologische Funktionen der DNA

1. Autoreplikation (Selbst-Replikation)
2. Transkription

Selbst-Replikation: Die Basis der Zellvermehrung. Ein DNA-Molekül bildet zwei getrennte, gleiche Stränge. Zuerst trennen sich die beiden Stränge, und dann dient jeder als Form, um den komplementären Strang zu bilden. Dieser Prozess kann auch in vitro durchgeführt werden und hat viele Anwendungen, wie DNA-Tests zur Untersuchung und Aufklärung von Verbrechen.

Vitamine

Biomoleküle mit regulatorischer Funktion. Sie sind für den Stoffwechsel, das Wachstum und die Erhaltung des Organismus notwendig. Normalerweise sind sie pflanzlichen Ursprungs und werden in geringen Mengen benötigt. Eine abwechslungsreiche Ernährung gewährleistet alle Vitamine.

• Skorbut: Fehlen von Vitamin C ($ ext{Vc}$). Zitrusfrüchte sind reich an $ ext{Vc}$.
• Beriberi: Gekennzeichnet durch den Mangel an Vitamin $ ext{B}_1$ ($ ext{Vb}$), was zu Nerven- und Muskeldeneration führt.
• Rachitis: Fehlen von Vitamin $ ext{D}$ ($ ext{Vd}$), das für die Kalzifizierung der Knochen benötigt wird. Sonnenlicht fördert die Vitamin-D-Aufnahme.
• Xerophthalmie: Fehlen von Vitamin A, das für das Sehvermögen wichtig ist.
• Anämie: Ergebnis des Mangels an Vitamin $ ext{B}_9$ ($ ext{VB9}$), das für die Bildung von Hämoglobin notwendig ist.

Verdauungssystem

Der Beitrag des Verdauungssystems ist die Energiezufuhr. Eine abwechslungsreiche Ernährung stellt sicher, dass alle Vitamine und Aminosäuren aufgenommen werden. Das System besteht aus: Aufnahme, Verdauung, Resorption und Egestion.

Verdauung

Die Geschwindigkeit der Verdauung hängt von der Nahrung ab. Kohlenhydrate werden schneller verdaut.

Zunge

Muskelorgan, das eine Vielzahl von Bewegungen ausführt, beim Kauen hilft und mit Geschmackssinneszellen (Papillen) bedeckt ist, die die Geschmäcker süß, sauer, salzig und bitter melden.

Gebiss

Besteht aus verschiedenen Zahnarten: 8 Schneidezähne (Incisivi), 4 Eckzähne (Canini), 8 Prämolaren und 12 Molaren. Die Funktion ist das Schneiden und Mahlen der Nahrung. Der Zahnschmelz ist eine dünne, harte und kristalline Schicht; man sollte nicht auf harte Gegenstände beißen, da dies zu einem Bruch des Schmelzes und zum Eindringen von Bakterien führen kann.

Rachen (Pharynx)

Trichterförmig und hat verschiedene Verbindungen: 1. Speiseröhre (Ösophagus), 2. Nasenhöhlen, 3. Ohr (Ohrkanal), 4. Kehlkopf (Larynx). Er verschließt die Nasenatmung beim Schlucken.

Speiseröhre (Ösophagus)

Ein Schlauch, der den Rachen mit dem Magen verbindet und durch ein Ventil namens Kardia verschlossen wird.

Magen

Erweiterung des Verdauungstrakts mit einem Volumen von ca. 1,5 Litern. Es ist kein lebenswichtiges Organ. Die Magenwand hat Muskelschichten in verschiedenen Richtungen.

Magensaft

Enthält Salzsäure ($ ext{HCl}$), Schleim und das Enzym Pepsin. Der Schleim ist ein Schutzmechanismus, ohne den Geschwüre auftreten und sogar schmerzhaft sein könnten. Die $ ext{HCl}$ ist für die Bildung von Pepsin notwendig. Pepsin ist ein Enzym, das Proteine verdaut. Der Magensaft wird von den Drüsen der Magenschleimhaut produziert.

Darm

Ist etwa 8 Meter lang. Seine Funktion ist die Verdauung und Nährstoffaufnahme. Er ist in 3 Teile unterteilt: Duodenum (Zwölffingerdarm), Jejunum (Leerdarm) und Ileum (Krummdarm).

Duodenum (Zwölffingerdarm)

Der kürzeste, aber sehr wichtige Abschnitt (nur 24 cm), da hier der Kanal der Leber und der Bauchspeicheldrüse mündet.

Leber

Die größte Drüse, wiegt 1 kg und wird von den Rippen geschützt. Sie ist eine wichtige Drüse mit über 200 Funktionen und ist das zentrale Organ der Chemie des Körpers. Sie synthetisiert und baut unter anderem Alkohol ab.

Bauchspeicheldrüse (Pankreas)

Drüse unterhalb des Magens, länglich geformt und lebenswichtig. Sie ist eine gemischte Drüse, da sie Hormone (Insulin und Glucagon) produziert, die den Glukosestoffwechsel steuern.

Dickdarm

Misst 1,5 m und zeichnet sich durch 3 Teile aus: Blinddarm (Zökum), Grimmdarm (Kolon) und Mastdarm (Rektum). Im Blinddarm befindet sich der Wurmfortsatz (Appendix), der eine Verdauungsfunktion hat. Der Kolon ist aufgeteilt in aufsteigenden, quer verlaufenden und absteigenden Teil. Der letzte Teil endet im Anus und wird von zwei Schließmuskeln geschützt, die die Muskulatur des Dickdarms bilden. Die Hauptaufgabe ist die Wasseraufnahme, wodurch der Kot geformt wird. Im Dünndarm gibt es keine Bakterien, aber im Dickdarm gibt es verschiedene Arten, vor allem solche, die Vitamin K bilden, was eine Symbiose darstellt.