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Hintergrund: Fotosynthese und Zellatmung - Zellatmung - oder: Was hat dein Denken mit dem Wachstum einer Pflanze gemein?

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. Der Name 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.

In den Mitochondrien finden die Hauptschritte der Zellatmung statt.

Zellatmung interaktiv

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. Was in ihnen passiert erfährst du hier und in der HTML5-Animation "Zellatmung".

MultimedialInteraktive Animation [HTML5 - für Tablets geeignet]
(Quelle: SWR - Screen aus der Animation) Multimedial

Schematische Pflanzenzelle (Quelle: Colourbox, Collage: SWR)

Pflanzenzellen besitzen neben Chloroplasten auch noch Mitochondrien (Quelle: Colourbox, Collage: SWR)

Dabei 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. 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 Gehirnes zum Beispiel brauchen die Energie zum Denken, Muskeln brauchen die Energie zum Bewegen, usw.

  • Venusfliegenfalle (Quelle: Colourbox) Beim Zuschnappen verbraucht die Venusfliegenfalle viel Energie (Quelle: Colourbox)

Auch Pflanzen verbrauchen Energie. Die Venusfliegenfalle zum Beispiel, eine fleischfressende Pflanze, schließt ihre Klappfalle ganz schnell, wenn ein Insekt auf ihr gelandet ist.

Solche Bewegungen brauchen Energie, genauso wie das Wachstum, die Blüten- und Samenbildung usw. Der entscheidende Unterschied im Vergleich mit Tieren 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.

Wenn nachts die Sonne nicht scheint und keine Fotosynthese möglich ist, nutzen Pflanzen die Zellatmung, um Energie bereitzustellen. Auch Pflanzenzellen verfügen nämlich über Mitochondrien, die Zellatmung betreiben. Die Stoffwechselvorgänge sind dieselben wie bei Tieren. Pflanzen nehmen den Sauerstoff über die Spaltöffnungen der Blätter auf; Tiere und Menschen nehmen ihn durch Mund, Luftröhre und Lungen auf.

Der zusammenfassende Vergleich zwischen Tieren und Pflanzen hinsichtlich der wichtigen Stoffwechselvorgänge Fotosynthese und Zellatmung ergibt, dass...

● nur Pflanzen Fotosynthese betreiben und über Chloroplasten verfügen.
● Pflanzen, Tiere und Menschen über Mitochondrien verfügen und Zellatmung betreiben.
● Tiere und Menschen auf Pflanzen angewiesen sind, denn nur Pflanzen können energiereiche Verbindungen aus Sonnenlicht und anorganischen Stoffe produzieren.
● Pflanzen, Tiere und Menschen auf energiereiche, kohlenstoffhaltige Verbindungen angewiesen sind; sie werden in der Zellatmung verbrannt und liefern die Energie für alle Lebensvorgänge.

Eichhörnchen und Buchenblatt (Quelle: Colourbox, Collage: SWR)

Eichhörnchen und Buchenblatt - beide können Zellatmung über ihre Mitochondrien betreiben (Quelle: Colourbox, Collage: SWR)