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Zellatmung interaktiv

Ob wir sitzen, gehen oder stehen, träumen oder angestrengt nachdenken – immer verbrauchen wir Nährstoffe. Auch jetzt gerade verbrauchst du Nährstoffe, wenn du diesen Text liest und zu verstehen versuchst. Auge und Gehirn arbeiten nicht zum Nulltarif. „Das Gehirn dampft" ist eine umgangssprachliche Redewendung, die sehr gut zum Ausdruck bringt, dass beim Denken Energie verbraucht wird. Bereitgestellt wird diese Energie in komplexen Stoffwechselvorgängen, die unter dem Begriff Zellatmung zusammengefasst werden. In der interaktiven Animation kann der Prozess der Zellatmung auf spannende und zugleich originelle Weise erkundet werden.

Interaktive Zellatmung starten

Ein origineller Blick in ein Mitochondrium, das Kraftwerk einer Zelle: Stärke wird in viele Traubenzuckermoleküle gespalten und diese reagieren unter Verbrauch von Sauerstoff weiter.

Funktionsweise der interaktiven Animation

Detailansicht der Animation: Blick in die Muskelzelle

Ohne Energie können die Muskelzellen nicht arbeiten.

Schritt für Schritt lässt sich der Prozess der Zellatmung spielerisch erforschen! Hierzu muss man mit der Maus die Objekte auf dem Bildschirm erkunden. Fährt man über eine sensitive Fläche, so färbt sich diese rot ein. Durch Klicken dieser rot eingefärbten Objekte werden weitere Handlungen ausgelöst.

Die Animation startet mit einer idyllischen Szenerie: Ein kleines Vögelchen sitzt auf einem Baum. Doch Gefahr ist im Anmarsch! Eine gierige Katze nähert sich und versucht den kleinen Piepmatz zu fangen.

Ein Blick in die Muskelzellen des Vogels offenbart: Nun ist eine schnelle Reaktion gefragt! Die Muskeln des Vogels brauchen für eine erfolgreiche Flucht umgehend Energie. Diese steht in Form einer Kirsche bereit. Zum Füttern des Vogels muss die rote Frucht angeklickt und per Drag'n'Drop in den Schnabel des hungrigen Vogels gezogen werden. Doch Achtung: Wird zu langsam reagiert, scheitert die Flucht und die Katze verspeist den armen Piepmatz!

Detailansicht der Animation: interaktive Kirsche

Sensitive Flächen – wie hier die als Vogelnahrung dienende Kirsche - sind in der Animation Rot eingefärbt.

Nach der geglückten Fütterung steht dem Vogel eine wichtige Energiequelle – Zucker – zur Verfügung. Doch erst wenn der Zucker zerlegt wird, können die Muskeln mit der Energie etwas anfangen. Der Zerlegungsprozess in den Mitochondrien kann nachfolgend interaktiv mitverfolgt werden.

Zum Starten der Animation muss zunächst der Zucker aus der Kiepe geleert und dann in den Brennofen geschaufelt werden. Da ohne Sauerstoff die Verbrennung nicht funktioniert, muss nun der Blasebalg angeklickt werden. Nun wird die Verbrennung in Gang gesetzt und der Brennofen läuft auf Hochtouren! Als Abfallprodukte entstehen Wasser und Kohlenstoffdioxid.

Durch Anklicken des Förderbandes (links im Bild) kann die in der Verbrennung gewonnene Energie den Muskelzellen zugeführt werden. Denn das Mitochondrium hat die im Zucker gespeicherte Energie so umgewandelt, dass vom Körper genutzt werden kann. Die Muskelzelle kann nun optimal arbeiten und dem kleinen Piepmatz gelingt die Flucht.

Die Zellatmung – Wissenschaftliche Hintergründe

Detailansicht der Animation: Fütterung des Vogels

Damit der Vogel flüchten kann, muss man ihn mit der Kirsche füttern.

Der Name "Zellatmung" beinhaltet zwei Informationen: 1. Die Energie wird in den Zellen bereitgestellt; 2. Da es sich um einen Atmungsprozess handelt, liegt die Beteiligung von Sauerstoff nahe.

Schaut man sich eine Zelle unter dem Mikroskop genauer an, dann fällt auf, dass sie verschiedene kleine „Gebilde", die Zellorganellen, enthält. Zu diesen Organellen gehören die Mitochondrien, die „Kraftwerke" der Zellen. In den Mitochondrien finden die Hauptschritte der Zellatmung statt: Es wird Stärke in viele Traubenzuckermoleküle gespalten und diese reagieren unter Verbrauch von Sauerstoff weiter.

Diese Reaktion mit Sauerstoff ähnelt der Verbrennung von Benzin im Automotor. Im Automotor wird Benzin verbrannt. Dabei wird Sauerstoff verbraucht. Es entstehen Abgase und Energie. Bei der Atmungskette werden Nährstoffe verbrannt – ebenfalls unter Verbrauch von Sauerstoff – es entstehen die „Abgase" Kohlenstoffdioxid und Wasser.

Die Funktion der Zellatmung liegt – wie bei der Benzinverbrennung – in der Energiebereitstellung. Durch die Verbrennung von Zucker wird nämlich Energie frei, die der Körper für seine Lebensvorgänge benötigt. Die Nervenzellen des Gehirns zum Beispiel brauchen die Energie zum Denken, Muskeln brauchen die Energie zum Bewegen, usw.

Detailansicht der Animation: Leerung der Kiepe

Um die Verbrennung zu starten, muss zunächst die Kiepe mit dem Zucker geleert werden.

Auch Pflanzen verbrauchen Energie.Der entscheidende Unterschied ist, dass Pflanzen die Energie, die sie verbrauchen, durch Fotosynthese selbst erzeugen können. Tiere müssen diese Energie – z. B. durch das Fressen von Pflanzen – von außen zuführen.

Das mikroskopische Bild einer Pflanzenzelle gibt uns Aufschluss darüber, wie die Pflanze ihre Energie gewinnt. Auch Pflanzenzellen verfügen nämlich über Mitochondrien, die Zellatmung betreiben. Die Stoffwechselvorgänge sind dieselben wie bei Tieren. Den Sauerstoff nehmen Pflanzen über die Spaltöffnungen der Blätter auf; Tiere und Menschen nehmen ihn durch Mund, Luftröhre und Lungen auf.

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