Wie viel Chemie steckt in uns?

 
Die Elemente

Im menschlichen Körper tauchen eine Reihe von chemischen Elementen auf. Die wichtigsten Elemente sind Sauerstoff mit 56,1% und Kohlenstoff mit 28%. Außerdem enthält der Körper noch 9,3%, 2% Stickstoff, 1,5% Calcium. Außerdem tauchen die Elemente Schwefel, Eisen, Zink, Iod, Fluor, Kupfer, Magnesium, Kalium, Natrium, Selen und Cobalt in geringen Mengen auf. Aus dieser kleinen Anzahl an Elementen basiert das menschliche Leben. Es gibt Millionen von biochemischen Verbindungen in unserem Körper die auf dieser handvoll von Elemente basieren.

 
Wasser
Eines der einfachsten, jedoch bedeutendsten, ist das Wassermolekül. Es macht 60% unseres Körpergewichts aus. Das Molekül besteht gerade mal aus 2 Wasserstoffatomen und einem Sauerstoffatom. Es dient in Lebewesen als Lösemittel für chemische Reaktionen in den Zellen unseres Körpers und dient als Transportmittel in unserem Blutkreislauf.
Wasser hilft im Magen zusammen mit der enthaltenen Salzsäure bei der Verdauung uns spült in unserem Urin Giftstoffe aus unserem Körper. Bei Anstrengung sorgt es in unserem Schweiß für Abkühlung. Wasser ist universell einsetzbar und besitzt im menschlichen Körper eine Vielzahl von Aufgaben.
 
Proteine, Fette und Zucker
In unserem Körper laufen die chemischen Reaktionen bei gemäßigten 37°C ab. In der chemischen Industrie ist häufig nötig Reaktionen bei sehr hohen Temperaturen zu starten, damit sie in einer angemessenen Geschwindigkeit ablaufen. Wie schafft es unser Körper die Reaktionen in der Kürze der Zeit ablaufen zu lassen?
Das Geheimnis sind Biokatalysatoren – die Enzyme. Sie stellen Proteine dar, welche an einer Vielzahl von Reaktionen teilnehmen und diese beschleunigen. Katalysatoren werden jedoch bei einer chemischen Reaktion nicht verbraucht. Im Wesentlichen bestehen Enzyme aus Sauerstoff, Kohlenstoff und Wasserstoff. Häufig brauchen Enzyme so genannte Cofaktoren. Dies sind meist Metallionen wie Zink, Eisen oder Selen. Weitere Cofaktoren sind Vitamine und ihre Abbauprodukte. Enzyme sind stoffspezifische Substanzen und katalysieren nur ganz bestimmte Schritte einer biochemischen Reaktionskette.
 
Universaltreibstoff ATP

Viele chemische Reaktionen in Lebewesen benötigen Energie. Der Energielieferant für diese Reaktionen ist das Adenosintriphosphat (ATP). Der Energiegewinn erfolgt durch das Abspalten einer von drei Phosphatgruppierungen (Energiegewinn pro Phosphatgruppe: 30 kJ/mol). Die Herstellung des ATP erfolgt durch die Nutzung der bei der Verbrennung von Nährstoffen freigesetzten Energie.

 
Fette – Die Treibstoffdepots unseres Körpers
Neben dem sofort verfügbaren und ständig im Umlauf befindlichen ATP besitzt der Körper des Menschens aber auch Depots, welche die Energie dauerhaft speichern und bei Bedarf freisetzen. Eine wichtige Rolle spielen dabei die Saccharide (Zucker). Dabei werden einzelne Monosaccharide zu langen kettenförmigen Molekülen (Glykogen) zusammengesetzt. 2/3 dieser Energie-Reserve werden als Notdepot für die Muskeln zur Verfügung gestellt. Das fehlende Dritten wird in der Leber eingelagert. Mit Hilfe dieser Depots kann der Zuckerspiegel im Blut bei einem konstanten Wert gehalten werden. Die Reaktion von Glucose zu Kohlenstoffdioxid und Wasser ist die bedeutendste Reaktion zur Gewinnung von Energie zum erzeugen von ATP. Dabei wird ATP in einem komplizierten Biochemischen Kreislauf gebildet – man spricht auch vom Zitronesäurezyklus.
Ein weiteres wichtiges Energiedepot wird in unserem Unterhautgewebe in Form von Fetten angelegt. Bei Bedarf werden die Fette unter Sauerstoffzufuhr zu Wasser und Kohlenstoffdioxid oxidiert und liefern dabei Energie in Form von ATP.
Verbindungen die sich von den fetten ableiten lassen sind essentieller Bestandteil der Zellmembran. Das in der Zellmembran enthaltene Cholesterin ist ein bedeutender Ausgangsstoff für die Synthese von wichtigen Hormonen (wie beispielsweise Östrogen, Gestagen und Testosteron). Im Normalfall besteht ein gesundes Gleichgewicht zwischen Cholesterinspiegel und Nutzung des Cholesterins. Bei vielen Menschen ist dieses Gleichgewicht jedoch gestört und es kommt zu den gefürchteten Cholesterinablagerungen in den Blutgefäßen, welche zu Herzerkrankungen sowie Artherosklerose führen. Diese Erkrankungen zählen zu den häufigsten Todesursachen in den westlichen Staaten.
 
Ambivalenter Sauerstoff

Das Sauerstoffmolekül ist unbestritten für viele Lebewesen von essentieller Bedeutung. Es wird zur Energiegewinnung bei der Verbrennung von Glucose in den Zellen des menschlichen Körpers gebraucht.

Der Sauerstoff wirkt aber auch toxisch. Atmet man mit Sauerstoff angereicherte Luft über einen längeren Zeitraum ein, so kommt es zu einer Entzündung der Lunge. Das entzündete Gewebe kann keinen ausreichenden Sauerstoffaustausch mehr gewährleisten und der Betroffene stirbt an einer Sauerstoffunterversorgung.

Der Grund für diese Beobachtung ist die hohe Reaktivität des Sauerstoffs. Das Sauerstoffmolekül ist auch an unserem Alterungsvorgang beteiligt. Die reaktive Spezies sind  so genannte freie Radikale, welche Proteine und Nucleinsäuren in unserem Körper angreifen und zerstören. Da diese besondere Reaktivität des Sauerstoffs für die Energiegewinnung in unserem Körper erforderlich ist, besitzt der Körper auch verschiedene Schutzmechanismen, durch die freie Radikale abgefangen werden. ein Beispiel für einen Radikalfänger ist das Vitamin C.

 
Metalle in unserem Körper

Viele Metalle sind für uns lebensnotwendig. Dazu zählt Eisen, Calcium, Zink, Kupfer, Magnesium, Kalium, Natrium, Selen und Cobalt sowie die Halogene Iod und Fluor. Wir benötigen diese Elemente jedoch nur in sehr geringen Mengen.

Das Eisen ist in der obigen Aufzählung das populärste Element. Eisen ist Bestandteil des Hämoglobins und dient zur Komplexierung von Sauerstoff. sowie Kohlenstoffdioxidmolekülen.

Das Calcium sowie das Fluor sind wichtiger Bestandteil unserer Knochen und Zähne. Das für den Knochenaufbau benötigte Calcium wird über die Nahrung aufgenommen. Da Calcium zusammen mit Phosphaten und Oxalaten schwerlösliche Salze bilden und somit für den Knochenaufbau nicht mehr zur Verfügung stehen sollten Kinder sowie ältere Menschen nur wenig Cola (enthält Phosphorsäure als Säuerungsmittel) und Rababar (enthält Oxalate) essen.

 
Wasserhaushalt  
Der menschliche Körper benötigt täglich 2,5 Liter Wasser.
Aufnahme: Abgabe:
1 Liter durch Trinken 1,5 Liter mit dem Urin
1,2 Liter mit der Nahrung 0,1 Liter über Fäkalien
0,3 Liter als Abfallprodukt der chemischen Reaktionen 0,3 Liter durch das Atmen
  0,6 Liter über den Schweiß

 

© 2001-2005 [Chempage.de] – Michael Müller – michael.mueller@rwth-aachen.de http://www.chempage.de

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