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Energiebedarf von Zellen

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Allgemeines:
Unter Stoffwechsel versteht man alle chemischen Prozesse im einem Organismus, der zur Umwandlung (Anabolismus, Katabolismus) von Stoffen führt. Der Stoffwechsel ist somit verantwortlich für die Aufnahme, den Transport und die chemische Umwandlung von Stoffen in einem Organismus. Einige der Stoffwechslreaktionen sind zwar auch im "Reagenzglas" möglich", die Kombination der miteinander vernetzen (Stoffwechsel-)Reaktionen ist aber nur innerhalb lebender Zellen möglich. Aus diesem Grund sollte auch betrachtet werden, wie Zellen die Energie und "Baumaterial" zur Verfügung gestellt wird, die die Zellen zur Aufrechterhaltung ihrer Funktionen benötigen.
 

"Energiebedarf" beim Menschen:
Wie allseits bekannt werden die Kohlenhydrate als schneller Energielieferant im Körper verwendet (im Vergleich zu Fetten, die als Langezeit-Energiespeicher in der Zelle dienen). Nun stellt sich die Frage, wie viel "Energie" bzw. Kohlenhydrate benötigt ein Mensch. 

Prinzipiell kann man dafür keine Regel aufstellen, sondern nur vage "Abschätzen", da der Energiebedarf von der Größe des Menschen, dem Körpergewicht und der körperlichen Aktivität abhängt. Als minimaler Gesamtbedarf an Kohlenhydraten pro Tag nimmt man 2-3g Kohlenhydrate pro Kg Körpergwicht an. Fette bzw. Fettmoleküle dienen ebenfalls -wie bereits erwähnt- als Energielieferant. Bei der "Umwandlung" von Fettmolekülen in Energie nimmt man an, das 1g ca. 40 KJ Energie liefert. Rechnet man dies um, bedeutet dies, dass man bei "normaler" körperlicher Aktivität pro 1 Kg Köpergewicht 1g Fett benötigt.
Nun kann man den gesamten Energiebedarf eines Menschen betrachten:

Der Grundumsatz den ein Mensch benötigt beträgt ca. 4,2 KJ pro Kg Körpergewicht (bei Frauen ca. 10% weniger). Der Grundumsatz ist die benötigte Energie, die notwendig ist, um alle Funtkionen des Körpers aufrecht zu erhalten. Dieser Grundumsatz ist der Energiebedarf bei völliger Ruhelage. Um den gesamten Energiebedarf zu berechnen, rechnet man den sog. Arbeitsumsatz dazu (Energeibedarf bei körperlicher Aktivität). Dieser Energieverbrauch reicht von 50 KJ/min bei leichter körperlicher Tätigkeit bis zu 90 KJ/min bei hoher körperlicher Tätigkeit (Ausdauersport).
 

Energiestoffwechel - Grundumsatz beim Menschen:
Diese Angaben können nur als vage angenommen werden, da mehrer Faktoren eine Rolle spielen, dies lässt sich mit Hilfe eines Vergleiches schnell zeigen. So beträgt bei einem/einer 19-25 jährigen bei einem Gewicht von 70 Kg (Mann) bzw. 60 Kg (Frau) ca. 1800 Kcal bzw. 1400 Kcal. Betrachtet man nun die Klasse 25-50 jährige, so gilt bei gleichem Gewicht ein Grundumsatz von ca. 1740 Kcal (Mann) bzw. 1340 Kcal (Frau). Der Unterschied klingt nicht dramatisch, denoch kann er über längere Zeit Folgen haben. 

Der Grundumsatz an Energie beim Menschen setzt sich aus zwei Teilen zusammen, dass eine ist der Bereich "mechanische Energie" (ca. 10%), unter den die sog. Muskelarbeit wie Herz-Lungenaktivität und Arbeit der Verdaunungsorgane fällt (Achtung: körperliche Leistung wird hier nicht dazugerechnet). Der andere Teil ist die sog. "chemische und osmotische Energie". Dieser Energiebedarf fällt z.B. bei Transportvorgängen in Zellen oder der Reizweiterleitung im Nervensystem an (osmotische Energie). Chemische Energie wird hingegen beim Aufbau von Körpersubstanzen wie Proteinen und Fetten benötigt.
 

Energieleistungsbedarf:
Neben dem sog. Grundumsatz an Energie (der z.B. für Herztätigkeit oder Sysnthesen von Biomolekülen benötigt wird), gibt es noch den sog. Leistungszuwachs bzw. Leistungsbedarf an Energie. Dieser Leistungsbedarf setzt sich aus körperlicher Aktivität und Köprerwachstum zusammen. Im folgenden sind ein paar Beispiele gegeben, wie der Leistungsbedarf an Energie bei köperlicher Energie ungefähr einzuschätzen ist (dabei nimmt man an, dass der Grundumsatz zwischen 65 und 70 Kilokalorien (Kcal) pro Stunde beträgt).

* Schlafen: ca. 270 KJ/h bzw. 65 Kcal/h
* PC-Arbeit: ca. 330 KJ/h bzw. 80 Kcal/h
* Radfahren: ca. 1050 KJ/h bzw. 250 Kcal/h
* Schwimmen: ca. 1700 KJ/h bzw. 400 Kcal/h
* Dauerlauf: ca. 3600 KJ/h bzw. 850 Kcal/h
 

 

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