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Autotrophie

Autotrophie ist eine Form der Energieversorgung, bei der Lebewesen energiereiche organische Verbindungen selbst herstellen, z.B. mit Hilfe von Sonnenlicht (Photoautotrophie) oder durch exotherme chemische Reaktionen (Chemoautotrophie). Die so gewonnenen Nährstoffe werden zum Wachstum, teils zum Bewegungswachstum und auch zum "Kampf gegen den Entropietod" eingesetzt.

Zu den autotrophen Lebewesen gehören viele Bakterien sowie sämtliche Blaualgen und natürlich die Pflanzen. Pilze dagegen gehören zu den heterotrophen Lebewesen, Tiere und Menschen sowieso.

Der Stoffwechsel einer photoautotrophen Zelle in groben Zügen

Aufbau von Glucose

Die Chloroplasten sind die Orte der Photosynthese. Unter Absorption von sichtbarem Licht entsteht aus Kohlendioxid und Wasser das Kohlenhydrat Glucose nach folgender Reaktionsgleichung:

Auf diese Weise gewinnt die photoautotrophe Zelle chemische Energie in Form von Glucose aus dem Sonnenlicht. Was stellt die Zelle nun mit dieser chemischen Energie an?

Abbau von Glucose

Der Abbau von Glucose findet zunächst im Cytoplasma statt. Im Laufe der Glycolyse werden die Glucose-Moleküle in zwei kleinere Hälften gespalten, die aus je drei Kohlenstoff-Atomen bestehen.

Diese C3-Körper gelangen in die Mitochondrien und werden dort weiter abgebaut. In den Mitochondrien, den "Kraftwerken der Zelle", durchlaufen die C3-Körper zunächst den Citratzyklus (Zitronensäurezyklus). Die Glucose-Bruchstücke werden hier schrittweise oxidiert, bis am Ende nur noch Kohlendioxid vorliegt. Der bei der Oxidation frei gewordene Wasserstoff wird in chemischer Form von bestimmten Coenzymen (NAD+, FAD) gespeichert.

Die reduzierten Coenzyme (NADH/H+ und FADH2) gelangen dann in die Atmungskette, die an der inneren Membran der Mitochondrien stattfindet. Dort geben die reduzierten Coenzyme ihren Wasserstoff an den aufgenommenen Luftsauerstoff ab, und dabei entsteht in einer stark exothermen Reaktion Wasser. Die bei dieser Reaktion freigesetzte Energie wird zur Produktion des Energieträgers ATP genutzt. Das ATP wiederum steht allen Organellen der Zelle als "Kraftstoff" oder "Akkupack" zur Verfügung. Daher werden die Mitochondrien auch als "Kraftwerke der Zelle" bezeichnet.