Stoffwechsel - Grundlagen des Lebens

Stoffwechsel (Metabolismus) ist nichts anderes als ein riesiges Recycling-System in eurem Körper. Ihr nehmt Nahrung auf, baut sie um und scheidet aus, was nicht mehr gebraucht wird. Das passiert durch unzählige chemische Reaktionen, die gleichzeitig in euren Zellen ablaufen.

Der Prozess läuft in vier Hauptschritten ab: Ernährung (ihr esst), Verdauung (Enzyme spalten große Moleküle), Resorption (kleine Bausteine gehen ins Blut) und schließlich Ausscheidung (Abfallstoffe raus). Dabei entstehen aus Kohlenhydraten, Fetten und Proteinen die Grundbausteine Monosaccharide, Fettsäuren und Aminosäuren.

Katabolismus bedeutet Abbau und setzt Energie frei – wie ein Lagerfeuer, das Holz verbrennt. Anabolismus ist der Aufbau neuer Moleküle und verbraucht Energie – wie der Bau eines Hauses. Beide Prozesse laufen ständig parallel in eurem Körper ab.

Merktipp: Denkt an euren Körper wie an eine Fabrik – rein kommt Rohmaterial (Nahrung), drin wird verarbeitet (Stoffwechsel), raus kommen Produkte (Energie) und Abfall (Ausscheidung).

Verdauungstrakt - Die Route eures Essens

Euer Essen macht eine ziemlich lange Reise durch den Körper! Von der Speiseröhre $5-10 Sekunden$ über den Magen $2-6 Stunden$ zum Dünndarm $5-6 Stunden$ bis zum Dickdarm $12-24 Stunden$. Das sind insgesamt bis zu 36 Stunden für einen kompletten Durchlauf.

Der Verdauungstrakt besteht aus vielen wichtigen Stationen: Mundhöhle mit Zähnen, Zunge, drei großen Speicheldrüsen, Speiseröhre (Ösophagus), Magen (Gaster), Leber (Hepar), Gallenblase und Bauchspeicheldrüse. Im Dünndarm gibt's drei Abschnitte: Zwölffingerdarm (Duodenum), Leerdarm (Jejunum) und Krummdarm (Ileum).

Diese lateinischen Namen sind übrigens nicht nur zum Angeben da – ihr braucht sie für Klausuren und später vielleicht im Studium. Die deutsche Bezeichnung "Leerdarm" kommt daher, dass dieser Teil bei Obduktionen meist leer war.

Praxistipp: Lernt die lateinischen Begriffe mit den deutschen zusammen – das macht das Pauken einfacher und ihr versteht medizinische Texte besser.

Mund und Speichel - Der erste Verdauungsschritt

Euer Speichel ist viel cooler, als ihr denkt! Täglich produziert ihr etwa 1 Liter davon, und der hat es in sich. Das Enzym α-Amylase startet bereits im Mund die Kohlenhydratverdauung und spaltet Stärke in kleinere Teile. Der pH-Wert liegt bei 6,5-7,0, also fast neutral.

Die drei großen Speicheldrüsen produzieren unterschiedliche Speichelarten: Die Ohrspeicheldrüse macht dünnen, enzymreichen Speichel, während Unterkiefer- und Unterzungenspeicheldrüse zähen, schleimigen Speichel produzieren. Mucine (Schleimstoffe) sorgen dafür, dass ihr euer Essen überhaupt schlucken könnt, ohne euch zu verletzen.

Speichel hat noch weitere Superkräfte: Er desinfiziert, neutralisiert Säuren, reinigt die Zähne und ermöglicht das Schmecken. Ohne genug Speichel würdet ihr ständig Probleme mit Karies und Infektionen haben.

Fun Fact: Schon der Gedanke an leckeres Essen lässt euch das Wasser im Mund zusammenlaufen – das ist euer Nervensystem, das die Speichelproduktion anwirft!

Speiseröhre - Die Rutschbahn zum Magen

Die Speiseröhre (Ösophagus) ist ein 25 cm langer Muskelschlauch, der euer Essen in 1-10 Sekunden zum Magen transportiert. Das funktioniert durch Peristaltik – wellenförmige Muskelbewegungen, die den Speisebrei nach unten drücken. Sogar kopfüber könntet ihr essen!

Anatomisch gesehen verläuft die Speiseröhre hinter der Luftröhre und hat drei Engstellen: am Kehlkopf, an der Aorta und am Zwerchfell. Zwei Sphinkter (Schließmuskeln) oben und unten sorgen dafür, dass nichts in die falsche Richtung läuft.

Wenn der untere Sphinkter nicht richtig funktioniert, entsteht der gastroösophagiale Reflux – Magensäure läuft zurück und verursacht Sodbrennen. Das kann auf Dauer zu Entzündungen und sogar Speiseröhrenkrebs führen. Deshalb sollte man Reflux ernst nehmen und behandeln lassen.

Gesundheitstipp: Bei häufigem Sodbrennen helfen oft schon einfache Maßnahmen wie kleinere Portionen, weniger Alkohol und nicht direkt nach dem Essen hinlegen.

Enzyme - Die Turbo-Beschleuniger des Körpers

Enzyme sind die absoluten Helden eures Stoffwechsels! Diese Proteine wirken als Biokatalysatoren und beschleunigen chemische Reaktionen um das Millionenfache. Ohne sie würdet ihr verhungern, auch wenn ihr ständig esst – die Verdauung wäre viel zu langsam.

Ein Holoenzym (aktives Enzym) besteht aus dem Apoenzym (Proteinteil) und Cofaktoren (Helfermoleküle). Das Apoenzym bestimmt, welches Substrat verarbeitet wird, der Cofaktor macht die eigentliche Arbeit. Coenzyme sind spezielle Cofaktoren, die nur vorübergehend am Enzym haften.

Enzyme funktionieren nach dem Schlüssel-Schloss-Prinzip: Das Substrat passt genau ins aktive Zentrum, wird dort umgewandelt und als Produkt wieder freigegeben. Das Enzym bleibt dabei unverändert und kann sofort das nächste Substrat bearbeiten.

Verschiedene Faktoren beeinflussen die Enzymwirkung: Substratkonzentration, Temperatur (Optimum beim Menschen: 35°C), pH-Wert und Wassergehalt. Zu heiß oder falscher pH-Wert zerstört das Enzym irreversibel.

Lernhilfe: Enzyme erkennt ihr an der Endung "-ase": Maltase spaltet Maltose, Lipase spaltet Fette, Protease spaltet Proteine.

Enzymmechanismen - Wie Hemmung funktioniert

Enzyme sind nicht nur substratspezifisch (erkennen nur ihr Substrat), sondern auch wirkungsspezifisch (machen nur eine bestimmte Reaktion). Das Schlüssel-Schloss-Prinzip erklärt, warum Maltase nur Maltose spaltet und nicht andere Zucker.

Kompetitive Hemmung passiert, wenn ein Hemmstoff die gleiche Form wie das normale Substrat hat. Beide konkurrieren um das aktive Zentrum – wer mehr da ist, gewinnt. Das ist reversibel, also umkehrbar.

Bei der allosterischen Hemmung dockt der Hemmstoff an einer anderen Stelle an und verändert die Form des aktiven Zentrums. Dadurch passt das normale Substrat nicht mehr rein. Diese Hemmung kann reversibel oder irreversibel sein.

Hydrolasen sind besonders wichtige Verdauungsenzyme. Sie spalten Bindungen unter Wasserverbrauch (Hydrolyse) und zerlegen große Moleküle in ihre Bausteine. Ohne Hydrolasen könntet ihr keine Nährstoffe aus der Nahrung gewinnen.

Klausurtipp: Lernt die beiden Hemmungstypen gut – die kommen gerne in Aufgaben vor, weil sie zeigen, wie raffiniert biologische Regulation funktioniert.

Magen - Die Säure-Zentrale

Euer Magen ist eine geniale Kombination aus Speicher, Mixer und Chemiefabrik! Täglich produziert er 2-3 Liter Magensaft mit 0,5%iger Salzsäure $pH 1,2-3,0$ – das ist ätzender als Zitronensaft. Die Pepsine (eiweißspaltende Enzyme) und Magenlipase starten die Protein- und Fettverdauung.

Der Magen hat sechs wichtige Bereiche: Speiseröhreneingang (Cardia), Magengrund (Fundus), Körper (Corpus), Vorraum (Antrum) und Magenpförtner (Pylorus). Jeder Bereich hat spezielle Aufgaben – vom Schleim produzieren bis zur Hormonbildung.

Die dreischichtige Muskelwand (längs, ring, schräg) macht den Magen zum Profi-Mixer. Durch Peristaltik wird der Speisebrei mechanisch zerkleinert und mit Magensaft vermischt. Die schrägen Muskelfasern gibt's nur im Magen – sie ermöglichen die intensiven Mischbewegungen.

Magenschleim mit Mucinen schützt die Magenwand vor der aggressiven Salzsäure. Ohne diesen Schutz würde sich der Magen selbst verdauen!

Wow-Faktor: Eure Magensäure ist so stark, dass sie Metall angreifen könnte – trotzdem schadet sie dem Magen normalerweise nicht dank des Schleimschutzes.

Histologie des Verdauungskanals

Der Verdauungskanal hat überall den gleichen vierschichtigen Aufbau – das ist wie ein Bauplan, der immer wiederholt wird. Von innen nach außen: Tunica mucosa (Schleimhaut), Tunica submucosa (Bindegewebe), Tunica muscularis (Muskelschicht) und Tunica serosa (äußere Haut).

Die Muskelschicht unterscheidet sich je nach Organ: Mund, Rachen und Speiseröhre haben quergestreifte Muskulatur (willkürlich steuerbar), der Rest glatte Muskulatur (unwillkürlich). Das erklärt, warum ihr das Kauen steuern könnt, aber nicht die Magenbewegungen.

Magendrüsen im Fundus und Corpus enthalten drei Zelltypen: Belegzellen $produzieren Salzsäure und Intrinsic-Faktor$, Hauptzellen (bilden Pepsinogen) und Nebenzellen (stellen Magenschleim her). Im Antrum sitzen zusätzlich G-Zellen, die das Hormon Gastrin produzieren.

Der histologische Aufbau variiert je nach Funktion: Die Speiseröhre hat schlauchförmige Schleimdrüsen, der Dünndarm Zotten für die Resorption und der Dickdarm Krypten für die Schleimproduktion.

Merksatz aus dem Unterricht: "Die Belegschaft ist sauer, weil die Nebenmänner rumschleimen und der Hauptmann Pepsi trinkt" – hilft beim Lernen der Magenzellen!

Magensaftproduktion und Steuerung

Magensaft wird nur bei Bedarf produziert – euer Körper verschwendet keine Energie! Die Salzsäure greift Proteine an, desinfiziert und aktiviert Pepsinogen zu aktivem Pepsin. Der Intrinsic-Faktor ist essentiell für die Vitamin B12-Aufnahme.

Die Magensaftbildung läuft in drei Phasen ab: Zephale Phase $schon beim Riechen/Sehen von Essen$, gastrische Phase (wenn Nahrung im Magen ist) und intestinale Phase (bei der Magenentleerung). Das zeigt, wie perfekt euer Körper die Verdauung steuert.

Gastrin ist das wichtigste Magenhormon und wird in G-Zellen des Antrums gebildet. Es steigert die Magenperistaltik und regt die Salzsäure- und Enzymproduktion an. Sekretin aus dem Dünndarm bremst dagegen die Magensäureproduktion und verzögert die Magenentleerung.

Der mucinhaltige Magenschleim bildet einen zähen Film an der Oberfläche und schützt vor Selbstverdauung. Ohne diesen Schutz würden Salzsäure und Pepsin die Magenwand angreifen.

Praxis-Connection: Stress kann die Magensaftproduktion durcheinanderbringen – deshalb bekommen manche bei Prüfungen Magenprobleme!

Salzsäurebildung - Biochemie in Action

Die Salzsäurebildung in Belegzellen ist ein Meisterwerk der Biochemie! H⁺ und Cl⁻ entstehen getrennt in der Zelle und werden erst im Magenlumen zu HCl kombiniert. Das verhindert, dass die Zelle sich selbst zerstört.

Kohlensäureanhydrase wandelt CO₂ und H₂O in Kohlensäure um, die dann in H⁺ und HCO₃⁻ zerfällt. H⁺ wird durch aktiven Transport (Antiport) gegen K⁺ ins Magenlumen gepumpt. Das kostet Energie, aber ermöglicht den extremen pH-Unterschied.

Für Cl⁻ läuft ein cleverer Trick: HCO₃⁻ wird aktiv ins Blut transportiert und dafür Cl⁻ in die Zelle geholt. Durch die hohe Cl⁻-Konzentration fließt es dann passiv (Symport mit K⁺) ins Magenlumen.

Die Belegzelle arbeitet wie eine Chemiefabrik mit verschiedenen Transportwegen: aktiver Transport verbraucht Energie und arbeitet gegen Konzentrationsgradienten, passiver Transport nutzt vorhandene Gradienten. Erst im Magenlumen treffen sich H⁺ und Cl⁻ zur aggressiven Salzsäure.

Biochemie-Wow: Eine einzelne Belegzelle kann den pH-Wert von 7 (neutral) auf 1 (extrem sauer) senken – das ist eine Veränderung um den Faktor 1 Million!