Heterotrophie

Heterotrophie ist eine Form der Energieversorgung, bei der die Lebewesen fremde, energiereiche organische Verbindungen (Nährstoffe) aufnehmen und abbauen. Die so gewonnene Energie wird für alle zellulären Vorgänge, zum Wachstum des Organismus, zur Bewegung, zur Fortpflanzung und für alle anderen Lebensfunktionen benötigt. Es wird ein hochgeordneter entropiearmer Zustand aufrecht erhalten, indem durch chemischen Abbau der Nährstoffe Energie aufgenommen wird. Die Entropie des Universums wird dennoch erhöht, weil bei den ganzen chemischen Reaktionen jede Menge Wärme freigesetzt wird, welche die Entropie der unmittelbaren Umgebung des Organismus stark vergrößert.

Hier sehen wir die bekannte Gleichung für die aerobe Oxidation, bei der Glucose mit Hilfe von Sauerstoff zu Kohlendioxid und Wasser veratmet wird. Glucose ist der wohl bekannteste Nährstoff, aber Tiere, Pilze und andere heterotrophe Lebewesen können auch aus vielen anderen Nährstoffen Energie beziehen, wenn sie diese aerob (mit Sauerstoff) oder anaerob (ohne Sauerstoff) exotherm abbauen.

Zu den heterotrophen Lebewesen gehören viele Bakterien sowie sämtliche Pilze und die Tiere und Menschen.

Der Stoffwechsel eines heterotrophen Lebewesens sieht in groben Zügen so aus:

• Aufnahme der Nahrung oft mit speziellen Organen (Mund, Zähne, Fangapparate).
• Zerkleinerung der Nahrung (Zähne, Zunge, Magen).
• Verdauung der Nahrung: Nährstoffe (z.B. Kohlenhydrate, Fette, Proteine u.a.) werden mit Hilfe besonderer Enzyme in ihre Einzelbausteine (z.B. Glucose, Fettsäuren, Aminosäuren) zerlegt.
  Bei Wirbeltieren i.d.R. Verdauung im Magen-Darm-Trakt. Bei niederen Tieren auch Verdauung außerhalb des Körpers (Insekten).
• Transport der energiereichen Moleküle zu den Zielzellen, z.B. durch ein Blutkreislaufsystem.
• Veratmung oder Vergärung der energiereichen Moleküle in den Zellen.

Heterotrophe Lebewesen nehmen energiereiche Nährstoffe aus der Umwelt auf.

Energiegewinnung heterotropher Zellen

Vorgänge in einer heterotrophen, Glucose aerob oxidierenden Zelle
Autor: Ulrich Helmich 2022, Lizenz: siehe Seitenende.

Dieses sehr stark vereinfachte Schema zeigt den aeroben Abbau von Glucose in einer tierischen Zelle.

1. Aufnahme von Glucose in die Zelle
2. Spaltung der Glucose in zwei C3-Körper, dabei Gewinnung von wenig ATP (violette Fünfecke)
3. Aufnahme von Sauerstoff in die Zelle und in die Mitochondrien
4. Aufnahme der C3-Körper in die Mitochondrien und Oxidation
5. Abgabe von sehr viel ATP
6. Mitochondrien geben Kohlendioxid ab
7. Kohlendioxid gelangt aus der Zelle

Ein Glucose-Molekül (C₆H₁₂O₆) wird von der Zelle aufgenommen und im Cytoplasma in zwei kleinere Hälften mit je drei C-Atomen gespalten. Diese C₃-Zwischenprodukte werden von den Mitochondrien aufgenommen. In den "Kraftwerken der Zelle" werden sie dann zu Kohlendioxid und Wasser abgebaut (das Wasser ist in dem Schema nicht eingezeichnet worden, damit es nicht zu unübersichtlich wird). Dazu müssen je drei Sauerstoff-Moleküle aufgenommen werden (aerobe Dissimilation). Die Energie, die bei dieser stark exothermen Reaktion frei wird, wird in Form von ATP gespeichert und steht der Zelle damit zur Verfügung. Das bei der Oxidation entstandene Kohlendioxid wird von der Zelle abgegeben und muss "entsorgt" werden, beim Menschen zum Beispiel über das Blut und dann durch Ausatmen über die Lunge.