Stoffwechsel, Pflanzenphysiologie und Atmungssysteme

**Katabolismus und Anabolismus**

Katabolismus ist die Umwandlung von komplexen Biomolekülen in einfachere Moleküle und die Speicherung der dabei freigesetzten chemischen Energie in Form von energiereichen Bindungen in Phosphatmolekülen wie ATP. Dieser Prozess erfolgt durch die Zerstörung von Molekülen, die große Mengen an Energie in ihren kovalenten Bindungen enthalten, in exothermen chemischen Reaktionen. Der Katabolismus ist der umgekehrte Prozess des Anabolismus.

Anabolismus oder Biosynthese ist einer der beiden Teile des Stoffwechsels, der für die Synthese oder Bioformation von komplexeren organischen Molekülen (Biomolekülen) aus einfacheren Molekülen oder Nährstoffen verantwortlich ist. Dieser Prozess erfordert Energie (endergone Reaktionen), im Gegensatz zum Katabolismus.

Leitgewebe in Pflanzen

Xylem: Gewebe, das Wasser und Mineralstoffe (Rohsaft) von den Wurzeln zu anderen Pflanzenorganen leitet. Seine Zellen sind länglich, mit dicken, verholzten Wänden, die im reifen Zustand kein Zytoplasma enthalten. Die Tracheen lösen ihre Querwände auf und bilden durchgehende Röhren, die als Gefäße bezeichnet werden.

Phloem: Gewebe, das den von den photosynthetischen Organen produzierten Saft in alle Teile der Pflanze leitet. Es enthält zwei Arten von leitenden Zellen: Siebzellen und Siebröhrenglieder. Sein wichtigstes Merkmal ist das Vorhandensein von Siebfeldern, die mit Poren versehen sind, durch die die Zytoplasmen der benachbarten Zellen miteinander kommunizieren. Sie sind lebende Zellen.

Gasaustausch bei Pflanzen

Sowohl bei der Photosynthese als auch bei der Zellatmung tauschen Pflanzen Gase mit der Atmosphäre aus:

• Bei der Photosynthese nehmen Pflanzen Kohlendioxid auf und geben Sauerstoff ab.
• Bei der Zellatmung nehmen sie Sauerstoff auf und geben Kohlendioxid ab.

Tagsüber führt die Pflanze sowohl Zellatmung als auch Photosynthese durch, wobei letztere überwiegt. Daher nimmt die Pflanze als Ganzes Kohlendioxid auf und gibt Sauerstoff ab.

Nachts findet nur die Zellatmung statt, sodass sie Sauerstoff aufnimmt und Kohlendioxid abgibt.

**Angiospermen und Gymnospermen**

Angiospermen sind Blütenpflanzen, deren Samenanlagen in einem Hohlraum, dem Fruchtknoten, eingeschlossen sind. Wenn die Befruchtung stattfindet, reift die Samenanlage zur Frucht heran.

Merkmale der Angiospermen:

• Sie haben Früchte, die die Samen schützen und ihre Verbreitung erleichtern.
• Sie haben eine Reihe von umgewandelten Blättern, die den Kelch und die Krone bilden und die Befruchtung erleichtern.
• Alle haben auffällige Blüten.
• Sie haben eine Vielzahl von Formen in den Wurzeln, Stängeln und Blättern, die es ihnen ermöglichen, sich an sehr unterschiedliche Umgebungen anzupassen.
• Beispiele: Mohn, Gänseblümchen, Apfelbaum, Lilie, Feigenbaum, Weinrebe, Rose, Klee, Geranie, Narzisse, Pappel, Esche, Birke, Akazie, Orangenbaum.

Gymnospermen sind Blütenpflanzen oder Spermatophyten, die nackte Samenanlagen haben, d. h. ohne Schutz im Inneren eines Fruchtknotens. Daher haben sie keine Früchte, da die Frucht aus den Wänden eines Fruchtknotens gebildet wird.

Beispiele: Fichte, Tanne, Zypresse, Wacholder, Ginkgo, Kiefer, Eibe, Douglasie, Lärche, Hemlocktanne, Rotholz, Sadebaum.

**Ausgeschiedene Stoffe**

Die wichtigsten Ausscheidungsprodukte sind Harnstoff, Mineralsalze und Stoffe, die von unseren Zellen nicht abgebaut werden können, wie z. B. bestimmte Medikamente und Zusatzstoffe. Der größte Teil dieser Stoffe wird über den Urin ausgeschieden, der Rest über die Haut (Schweiß) und die Augen (Tränen).

**Alveolen**

Die Alveolen sind die Endverzweigungen der Bronchien, in denen der Gasaustausch zwischen der eingeatmeten Luft und dem Blut stattfindet. Die beiden Lungen zusammen enthalten etwa 750 Millionen Alveolen. Ausgestreckt würden sie eine Fläche von etwa 70 Quadratmetern bedecken. Die Alveolen sind mit Flüssigkeit und einem Tensid ausgekleidete Säckchen. Es gibt etwa 300 Millionen von ihnen in den Atemwegen an den Enden der Bronchiolen. Sie ermöglichen den Gasaustausch zwischen Blut und Lunge aufgrund der unterschiedlichen Konzentrationen der verschiedenen Gase, die der Körper benötigt (Sauerstoff und Kohlendioxid).

**Nephronen (Niere)**

Das Nephron ist die grundlegende strukturelle und funktionelle Einheit der Niere und für die Reinigung des Blutes verantwortlich. Seine Hauptfunktion besteht darin, das Blut zu filtern, um Wasser und lösliche Stoffe zu regulieren, indem es das Benötigte resorbiert und den Rest als Urin ausscheidet. Es befindet sich hauptsächlich in der Nierenrinde.

**Das Neuron**

Das Neuron ist die grundlegende strukturelle und funktionelle Einheit des Nervensystems. Das bedeutet, dass die verschiedenen Strukturen des Nervensystems auf Gruppen von Neuronen basieren. Darüber hinaus ist das Neuron die funktionelle Einheit, da es als isolierte Komponente die grundlegende Funktion des Nervensystems ausführen kann, nämlich die Übertragung von Informationen in Form von Nervenimpulsen.

• Die Hauptfunktion des Neurons ist die Übertragung von Informationen.
• Diese Informationen werden in Form von Nervenimpulsen übertragen.
• Der Impuls verläuft in eine Richtung: Er beginnt in den Dendriten, konzentriert sich im Soma und verläuft entlang des Axons zu einem anderen Neuron, Muskel oder einer Drüse.
• Der Nervenimpuls ist elektrochemischer Natur, d. h. ein elektrischer Strom, der durch die Konzentrationsgradienten von Chemikalien mit elektrischen Ladungen erzeugt wird.

Atmungssysteme

Tracheenatmung

Typisch für Insekten und andere landlebende Arthropoden. Dieses System besteht aus einer Reihe von Röhren, den Tracheen, die durch Einstülpungen der Haut gebildet werden. Die Luft tritt durch kleine Löcher an der Körperoberfläche, die Stigmata, ein. Die Tracheen verzweigen sich und verringern ihren Durchmesser, bis sie in direkten Kontakt mit den Zellen treten, wo der Gasaustausch durch Diffusion stattfindet. Daher ist kein Kreislaufsystem für den Transport von Gasen erforderlich. Abbildung 1.

Kiemenatmung: Die Kiemen sind charakteristisch für Wassertiere wie einige Ringelwürmer, Weichtiere, Krebstiere, Stachelhäuter und Fische. Die Gase werden über den Blutkreislauf zu den Zellen transportiert. Die Kiemen sind Ausstülpungen der äußeren Körperoberfläche oder der Darmschleimhaut, die sich außerhalb des Tieres befinden und daher evolutionär durch Ausstülpung entstanden sind. Es gibt zwei Arten von Kiemen: äußere und innere. Erstere sind evolutionär primitiver. Die äußeren Kiemen haben den Vorteil, dass ihre einfache Bewegung das Wasser in Bewegung setzt, können aber leicht durch äußere Einflüsse beschädigt werden. Die inneren Kiemen befinden sich in einer schützenden Höhle, daher ist ein Belüftungssystem erforderlich, um die Austauschoberfläche zu erneuern.

Lungenatmung: Die Lungen sind Einstülpungen der Atemwege, die von Kapillaren umgeben sind. Es handelt sich um dünnwandige Säckchen, die dem Gasaustausch dienen und über eine Reihe von Kanälen mit der Außenwelt verbunden sind.

Hautatmung: Die Hautatmung erfolgt über die Haut und ist typisch für viele Wirbellose wie die Ringelwürmer (Würmer), einige Muscheln und bei Wirbeltieren für Amphibien als Ergänzung zu den Kiemen (bei Larven) oder zur Lunge (bei Erwachsenen). Die Haut, die für den Gasaustausch geeignet ist, sollte aus einer dünnen Schicht sehr feuchter kubischer Epithelzellen bestehen, wie sie beispielsweise in unserer Mundhöhle gebildet werden. Dies ermöglicht die Diffusion von Kohlendioxid in die Zellflüssigkeit und von dort in die Luft, während Sauerstoff den umgekehrten Weg nimmt.