Stoff- und Energiewechsel

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Dieser Artikel befasst sich mit der Ernährungsweise von Lebewesen. Für die Gewinnung von Energie bei Lebewesen siehe Energiestoffwechsel, für den Spezialfall in der Muskelzelle siehe Energiebereitstellung.

Lebewesen können nach der Art ihres Stoff- und Energiewechsels in verschiedene Stoffwechseltypen eingeteilt werden. Alle Organismen benötigen Energie, um ihre Lebensprozesse aufrechtzuerhalten. Außerdem benötigen sie aus der Umwelt Nährstoffe, beispielsweise Kohlenstoff, aus denen sie ihren Körper (Biomasse) aufbauen.

Bei den Mikroorganismen (Bakterien, Archaeen und Protisten) gibt es vielfältige Formen des Stoffwechsels. Die Einteilung in verschiedene Typen und Mischformen ist daher besonders in der Mikrobiologie von Bedeutung. Im Gegensatz dazu verhalten sich die meisten Vielzeller stoffwechselphysiologisch einförmig.

Übersicht[Bearbeiten]

Die verschiedenen Stoffwechseltypen werden nach drei Kriterien eingeteilt: Energiequelle, Elektronendonator und Kohlenstoffquelle. Die jeweilige Benennung -trophie bedeutet wörtlich, dass es sich um eine Art der „Ernährung“ handelt.

Übersicht[1]
Energiequelle Licht Photo-   -trophie
Redoxreaktion Chemo-
Elektronendon(at)or anorganischer Stoff   Litho-  
organischer Stoff Organo-
Kohlenstoffquelle anorganischer Stoff   Auto-
organischer Stoff Hetero-

Zwei oder auch drei Merkmale können in einer Bezeichnung zusammengefasst werden. Grüne Pflanzen sind phototroph, lithotroph und autotroph, man bezeichnet sie dementsprechend als „photolithoautotroph“. Tiere und Pilze sind chemotroph, organotroph und heterotroph, man bezeichnet sie dementsprechend als „chemoorganoheterotroph“.

Die hier vorgestellte Übersicht berücksichtigt nicht, ob ein Organismus Sauerstoff nutzen kann (ob er aerob oder anaerob ist). Weiterhin wird hier nicht unterschieden, ob die Lebewesen ektotherm oder endotherm sind; zur thermischen Energie (Wärmeenergie) als Teil des Stoffwechsels siehe auch Thermogenese.

Art der Energiequelle: Phototrophie, Chemotrophie[Bearbeiten]

Eine Energiequelle wird benötigt, um den Energieüberträger und kurzfristigen Energiespeicher Adenosintriphosphat (ATP) durch Phosphorylierung aus Adenosindiphosphat (ADP) und Phosphat zu synthetisieren. Die Spaltung des ATP in ADP und Phosphat liefert anschließend die Energie für energieverbrauchende Vorgänge, vor allem für den Aufbau von Biomasse.

Art des Elektronendon(at)ors: Lithotrophie, Organotrophie[Bearbeiten]

Eine Elektronenquelle (Elektronendon(at)or, Reduktionsmittel) wird benötigt, um Reduktionen im Zuge des Baustoffwechsels durchzuführen. Als Elektronenüberträger zwischen der Elektronenquelle und den Stoffen des Baustoffwechsels fungieren Nicotinamidadenindinukleotid (NAD)+ und Nicotinamidadenindinukleotidphosphat (NADP+). Beide Moleküle werden zu diesem Zweck zu NADH bzw. NADPH reduziert. Die anschließende Oxidation des NAD(P)H (zurück zu NAD(P)+) liefert später die Elektronen für den Aufbau von Biomasse.

  • Lithotrophie: Die Elektronen stammen aus der Oxidation anorganischer Stoffe. Typische lithotrophe Organismen sind nitrifizierende Bakterien.
    • Hydrotrophie: Die Elektronen stammen aus der Oxidation des anorganischen Stoffs Wasser. Damit ist die Hydrotrophie bloß eine bestimmte Form der Lithotrophie. Allerdings wird sie wegen ihrer Wichtigkeit gesondert herausgestellt.[3] Typische hydrotrophe Organismen sind grüne Pflanzen.
  • Organotrophie: Die Elektronen stammen aus der Oxidation organischer Stoffe. Typische organotrophe Organismen sind Tiere.

Art der Kohlenstoffquelle: Autotrophie, Heterotrophie[Bearbeiten]

Eine Kohlenstoffquelle wird benötigt, um Biomasse aufzubauen.

Organismen, die sowohl zur Autotrophie als auch zur Heterotrophie fähig sind, betreiben Mixotrophie.

Literatur[Bearbeiten]

Einzelnachweise[Bearbeiten]

  1. Madigan MT, Martinko JM: Brock Mikrobiologie. München, 2006: 604,621 ISBN 3-8273-7187-2
  2. Dadachova E, Bryan RA, Huang X, Moadel T, Schweitzer AD, Aisen P, Nosanchuk JD, Casadevall A: Ionizing Radiation Changes the Electronic Properties of Melanin and Enhances the Growth of Melanized Fungi. In: PLoS ONE 2 (2007): e457 doi:10.1371/journal.pone.0000457 pdf
  3. Sonnewald U: Physiologie In: Strasburger Lehrbuch der Botanik. Heidelberg, 2008: 224-225 ISBN 978-3-8274-1455-7