Biologie · Klasse 7–13 · aktualisiert
Stoffwechsel einfach erklärt: Aufbau, Abbau und ATP
Wie Zellen Stoffe auf- und abbauen und mithilfe von ATP Energie zwischen diesen Vorgängen übertragen.
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Kurz gesagt
Stoffwechsel umfasst die chemischen Umwandlungen in Zellen: Stoffe werden aufgebaut, abgebaut und weiterverarbeitet. Abbauende Vorgänge können Energie für ATP liefern; ATP überträgt sie an energieverbrauchende Vorgänge wie den Aufbau von Proteinen.
Beim Stoffwechsel wandeln Zellen Stoffe um: Sie bauen körpereigene Stoffe auf, zerlegen energiereiche Stoffe und übertragen nutzbare Energie auf andere Vorgänge. Aufbau und Abbau sind deshalb keine Gegensätze, die unabhängig voneinander ablaufen – sie sind über ATP miteinander gekoppelt.
Deine Lernziele
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4 Abschnitte
Zellen benötigen Baustoffe und Energie, auch in Ruhe. Sie erneuern Bestandteile, wachsen und reparieren Schäden. Die chemischen Umwandlungen heißen Stoffwechsel oder Metabolismus.
Beim Anabolismus entstehen aus einfachen Bausteinen komplexere Stoffe; das benötigt Energie. Ribosomen verbinden zum Beispiel Aminosäuren zu Proteinen. Pflanzen bauen bei der Fotosynthese mithilfe von Lichtenergie aus Kohlenstoffdioxid und Wasser Glucose auf; dabei entsteht Sauerstoff: 6 CO₂ + 6 H₂O → C₆H₁₂O₆ + 6 O₂. Das Licht liefert Energie, keine Atome.
Beim Katabolismus werden energiereiche Stoffe abgebaut. Beim aeroben Glucoseabbau werden Glucose und Sauerstoff zu Kohlenstoffdioxid und Wasser umgesetzt: C₆H₁₂O₆ + 6 O₂ → 6 CO₂ + 6 H₂O. Ein Teil der frei werdenden Energie kann zur ATP-Bildung dienen. Assimilation und Dissimilation werden in diesem Zusammenhang auch für Aufbau beziehungsweise Abbau verwendet.
Definition
Stoffwechsel
Stoffwechsel umfasst die chemischen Umwandlungen, durch die Zellen Stoffe aufbauen, abbauen und nutzbare Energie bereitstellen. Dazu gehören auch der Transport und die Weiterverarbeitung der beteiligten Stoffe.
Beispiel
- 1Ribosomen verbinden viele Aminosäuren zu einem Protein.
- 2Das Protein ist komplexer als seine einzelnen Bausteine.
- 3Die Zelle muss für diesen Aufbau Energie bereitstellen.
Merke: Anabolismus baut komplexere Stoffe auf und benötigt Energie. Katabolismus baut energiereiche Stoffe ab und kann Energie bereitstellen.
Teste dich
Abbau und Aufbau finden nicht unbedingt am selben Ort und zur selben Zeit statt. ATP (Adenosintriphosphat) ist ein übertragbarer Energieträger mit drei Phosphatgruppen. Bei seiner Spaltung mit Wasser entstehen ADP (Adenosindiphosphat) und anorganisches Phosphat Pᵢ: ATP + H₂O → ADP + Pᵢ. Der Vorgang kann Energie für andere Reaktionen nutzbar machen. ATP-Bildung aus ADP und Pᵢ benötigt zuvor bereitgestellte Energie. ATP erzeugt keine Energie aus dem Nichts.
In eukaryotischen Zellen beginnt der Glucoseabbau mit der Glykolyse im Zellplasma. Weitere Schritte des aeroben Abbaus laufen in den Mitochondrien; dort wird viel ATP gebildet. Ribosomen bauen Proteine aus Aminosäuren. Chloroplasten sind in fotosynthetisch aktiven Pflanzenzellen Orte der Fotosynthese; Zellmembranen regeln den Stoffaustausch. Enzyme erleichtern einzelne Reaktionsschritte. Stoffe und Zwischenprodukte müssen zwischen den Orten transportiert werden.
Beispiel
- 1Beim aeroben Glucoseabbau wird Energie frei.
- 2Ein Teil davon dient zur Bildung von ATP aus ADP und Pᵢ.
- 3Wird an einem Ribosom ein Protein aufgebaut, kann ATP gespalten werden.
- 4So koppelt die Zelle einen energieabgebenden Abbau an einen energieverbrauchenden Aufbau.
Teste dich
Ein Modell vereinfacht Vorgänge. Prüfe zuerst, welche Stoffe und Orte beschriftet sind. Danach verfolge jeden Pfeil: Zeigt er Aufbau, Abbau oder Energieübertragung? In einem Zahnradmodell kann die Drehung am Proteinrad versehentlich den Abbau eines Proteins zu Aminosäuren zeigen, obwohl Aufbau gemeint ist. Die Pfeilrichtung muss zur Aussage passen. ATP-Bildung, Transport und Spaltung sind getrennte Schritte; ein einziges Zahnrad darf nicht gleichzeitig gegensätzliche Schritte darstellen.
Beispiel
- 1Trenne ATP-Bildung und ATP-Verbrauch im Modell räumlich.
- 2Zeige die ATP-Bildung am Ort der Energiegewinnung und danach den Transport.
- 3Zeige die ATP-Spaltung am Ort der Proteinsynthese; der letzte Pfeil muss von Aminosäuren zum Protein weisen.
Beispiel: Ein Zahnradmodell soll folgende Kette zeigen
- 1Beim Glucoseabbau wird Energie frei.
- 2Mit dieser Energie wird ATP aus ADP und Pᵢ gebildet.
- 3ATP gelangt zum Ort eines energieverbrauchenden Vorgangs.
- 4Dort wird ATP gespalten.
- 5Die frei werdende Energie unterstützt den Aufbau eines Proteins aus Aminosäuren.
Teste dich
Nahrung liefert Baustoffe und energiereiche Stoffe. Verdauungsenzyme zerlegen verdauliche Kohlenhydrate zu Einfachzuckern und Proteine zu Aminosäuren. Bei üblichen Nahrungsfetten entstehen vor allem Fettsäuren und Monoglyceride; viele Fettbestandteile gelangen zunächst über die Lymphe ins Blut. Aufgenommene Stoffe erreichen die Zellen über den Blutkreislauf.
Dort kann Glucose abgebaut oder als Glykogen gespeichert werden. Fettsäuren können wieder zu Fetten aufgebaut und gespeichert werden; Aminosäuren können körpereigene Proteine bilden. Bei Energiebedarf können Reserven mobilisiert und abgebaut werden. Erst der Weg in der Zelle zeigt, ob ein Vorgang aufbauend oder abbauend ist.
Merke: Verdauung macht Nährstoffbausteine verfügbar. Erst ihre weitere Verarbeitung in den Zellen zeigt, ob gerade ein aufbauender oder ein abbauender Stoffwechselweg abläuft.
Teste dich
Alles auf einen Blick
Stoffwechsel
Aufbau
Anabolismus, Fotosynthese, Protein- und Speicherstoffbildung
Abbau
Katabolismus, aerober Glucoseabbau, Mobilisierung von Reserven
Energiekopplung
ATP-Bildung, Transport, ATP-Spaltung
Zellorte
Mitochondrien, Ribosomen, Chloroplasten, Membranen
Stoffversorgung
Verdauung, Bluttransport, Zellaufnahme
Modellprüfung
Richtung, Ort und Wirkung jedes Schritts kontrollieren
Musteraufgabe · Schritt für Schritt
Einen Speicherweg einordnen
- 1Nach einer Mahlzeit gelangt aufgenommene Glucose über das Blut zu Zellen.
- 2Dort werden Glucosebausteine zu Glykogen verbunden: Ein größerer Speicherstoff entsteht.
- 3Für diesen Aufbau muss die Zelle Energie bereitstellen.
- 4Der Weg ist anabolisch; beim späteren Abbau des Glykogens ist die Richtung katabolisch.
Fehler finden
Ein Energiekopplungsmodell prüfen In einer Zeile steckt ein Fehler. Tippe sie an.
Fehler in Zeile 3Richtig: ATP überträgt zuvor bereitgestellte Energie. Es erzeugt keine zusätzliche Energie aus dem Nichts.
Lückentext
Wähl in jeder Lücke das passende Wort und prüf dann deine Antworten.
Beim entstehen komplexere Stoffe aus einfacheren Bausteinen. Dieser Vorgang Energie. Beim werden Stoffe abgebaut. Die aerobe Umsetzung von Glucose benötigt Sauerstoff.
Karteikasten
Erst selbst überlegen, dann umdrehen.
Übung mit Feedback