Wie hängen Stoff- und Energiewechsel bei Fotosynthese, Zellatmung und Gärung zusammen?

Stoff- und Energiewechsel sind zwei wichtige Vorgänge in allen Lebewesen. Sie sorgen dafür, dass Zellen wachsen, sich bewegen und leben können. Schauen wir uns an, wie das bei Fotosynthese, Zellatmung und Gärung funktioniert:

**1. Stoffwechsel – Was ist das?**
Stoffwechsel bedeutet, dass in den Zellen ständig Stoffe aufgenommen, umgewandelt und wieder abgegeben werden. Zum Beispiel nehmen Pflanzen Wasser und Kohlendioxid auf und bauen daraus Zucker. Tiere nehmen Zucker auf und bauen ihn wieder ab.

**2. Energie – Wofür braucht man sie?**
Alle Lebewesen brauchen Energie, um zu leben. Diese Energie steckt in den chemischen Verbindungen der Stoffe, zum Beispiel im Zucker. Die Zellen müssen diese Energie freisetzen, damit sie sie nutzen können.

---

### Fotosynthese

**Wer?**
Pflanzen, Algen und einige Bakterien.

**Was passiert?**
Pflanzen nehmen mit ihren Blättern Sonnenlicht auf. Sie nehmen außerdem Wasser (H₂O) aus dem Boden und Kohlendioxid (CO₂) aus der Luft auf.

**Wie läuft es ab?**
Mit Hilfe des Sonnenlichts bauen sie aus Wasser und Kohlendioxid Zucker (Glucose) und Sauerstoff (O₂) auf.

**Formel:**
6 CO₂ + 6 H₂O + Lichtenergie → C₆H₁₂O₆ (Glucose) + 6 O₂

**Stoffwechsel:**
Es werden neue Stoffe (Zucker und Sauerstoff) hergestellt.

**Energiewechsel:**
Die Energie des Sonnenlichts wird in chemische Energie im Zucker gespeichert.

---

### Zellatmung

**Wer?**
Alle Lebewesen, die Sauerstoff nutzen können (Menschen, Tiere, Pflanzen).

**Was passiert?**
Zellen nehmen Zucker (z.B. aus der Nahrung) und Sauerstoff auf.

**Wie läuft es ab?**
Sie bauen den Zucker mit Hilfe von Sauerstoff wieder ab. Dabei entsteht Energie, die die Zelle nutzen kann, sowie Wasser und Kohlendioxid.

**Formel:**
C₆H₁₂O₆ + 6 O₂ → 6 CO₂ + 6 H₂O + Energie (ATP)

**Stoffwechsel:**
Zucker und Sauerstoff werden abgebaut, es entstehen neue Stoffe (Kohlendioxid und Wasser).

**Energiewechsel:**
Die im Zucker gespeicherte Energie wird freigesetzt und in eine Form umgewandelt, die die Zelle direkt nutzen kann (ATP).

---

### Gärung

**Wer?**
Viele Bakterien, Pilze (z.B. Hefen), manche Zellen bei Sauerstoffmangel.

**Was passiert?**
Wenn kein Sauerstoff da ist, können Zellen den Zucker nicht vollständig abbauen.

**Wie läuft es ab?**
Sie bauen den Zucker ohne Sauerstoff ab. Dabei entsteht weniger Energie als bei der Zellatmung und es entstehen andere Stoffe, z.B. Milchsäure oder Alkohol.

**Beispiel Milchsäuregärung:**
C₆H₁₂O₆ → 2 C₃H₆O₃ (Milchsäure) + Energie

**Beispiel alkoholische Gärung:**
C₆H₁₂O₆ → 2 C₂H₅OH (Alkohol) + 2 CO₂ + Energie

**Stoffwechsel:**
Zucker wird abgebaut, es entstehen andere Stoffe (Milchsäure oder Alkohol und CO₂).

**Energiewechsel:**
Es wird Energie freigesetzt, aber weniger als bei der Zellatmung.

---

### Zusammenhang

- **Fotosynthese** speichert Sonnenenergie in Zucker (chemische Energie).
- **Zellatmung** setzt diese Energie wieder frei, indem sie Zucker abbaut.
- **Gärung** ist eine Notlösung, wenn kein Sauerstoff da ist: Sie setzt auch Energie aus Zucker frei, aber weniger.

**Fazit:**
Stoffwechsel und Energiewechsel sind eng verbunden: Bei allen drei Vorgängen werden Stoffe umgewandelt und dabei Energie gespeichert oder freigesetzt. Pflanzen bauen mit Sonnenenergie energiereiche Stoffe auf, Tiere und Menschen bauen sie wieder ab, um Energie zu gewinnen.