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sb-wettbewerb
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Wir müssen viel unternehmen, um unseren Körper am Laufen zu halten. Wir müssen essen, trinken und schlafen, aber vor allem müssen wir eines: atmen. Ohne Nahrung können wir Wochen überleben, ohne Wasser über Tage. Ohne Luft aber halten wir nur wenige Minuten durch. Wie direkt der Atem mit unserem Leben verbunden ist, lässt sich am griechischen Wort „Psyche“ ablesen, das sowohl den Atem als auch das gesamte Sein einer Person meint. Obwohl uns jeder Atemzug am Leben hält, fügt er uns aber gleichzeitig auch Schaden zu. Aber der Reihe nach.

Sauerstoff: radikaler Lebensspender

In einem meiner letzten Blogeinträge habe ich angesprochen, dass unser Körper den Sauerstoff aus der Luft braucht, um Stoffe zu verbrennen und daraus Energie zu gewinnen. Das große Problem dabei: der Sauerstoff!

Aus der Werbung wissen wir, dass Anti-Oxidantien gut für uns sind, denn sie schützen uns vor den sogenannten „freien Radikalen“. Anders als man vielleicht denkt, sind diese „Radikale“ keine Extremisten, sondern sehr reaktive Moleküle mit besonderen Eigenschaften. Eine ihrer angenehmeren Eigenschaften ist übrigens, dass Radikale sehr oft farbig sind. Wie zum Beispiel der Sauerstoff, der in seiner flüssigen Form blau ist.

Der Sauerstoff den wir atmen ist ein freies Radikal. Das ist ein Grund dafür, dass er in seiner flüssigen Form blau aussieht (links im Bild) und nicht farblos wie flüssiger Stickstoff oder festes Kohlenstoffdioxid (mittig und rechts), die Hauptbestandteile unserer Luft. Quellen (v.l.n.r.): Dr. Warwick Hillier (GPL), Robin Müller (CC BY-SA 3.0), MarkS (CC BY-SA 3.0) / Wikimedia Commons.

Der Sauerstoff den wir atmen ist ein freies Radikal. Das ist ein Grund dafür, dass er in seiner flüssigen Form blau aussieht (links im Bild) und nicht farblos wie flüssiger Stickstoff oder festes Kohlenstoffdioxid (mittig und rechts), die Hauptbestandteile unserer Luft. Quellen (v.l.n.r.): Dr. Warwick Hillier (GPL), Robin Müller (CC BY-SA 3.0), MarkS (CC BY-SA 3.0) / Wikimedia Commons.

Weil freie Radikale aber nicht nur oft farbig, sondern auch reaktiv sind, stellen sie mit unserem Körper sehr viel Schädliches an: Sie verändern unser Erbgut und beschädigen die Fette und Eiweiße, die überall in unserem Körper vorkommen. Das führt dazu, dass unsere Haare grau werden, die Haut ihre Spannkraft verliert und unser Körper altert. Es ist ein Dilemma, dass ausgerechnet unser Lebensspender Sauerstoff auch so ein freies Radikal ist.

Wir können nicht leben ohne zu atmen. Und wir können nicht atmen, ohne zu altern.

Wir brauchen den Sauerstoff aber als Oxidationsmittel, also zum „Verbrennen“ von Stoffen. Deshalb hat unser Körper viele Sicherheitsmechanismen, die dafür sorgen, dass der Sauerstoff nur dorthin gelangt wo er auch wirklich hin soll. Er wird gut abgeschirmt und „verbrennt“ garnicht direkt unsere Nährstoffe, sondern einen Hilfsstoff: NADH (ausgeschrieben ist das Nicotinamidadenindinukleotid – aber das ist selbst Wissenschaftlern zu lang). Daraus entsteht der „Zwischenträger“ NAD+, der ebenfalls andere Stoffe oxidieren kann, wobei das NADH dann wieder zurückgewonnen wird. Auf diese Weise wird die Oxidations-Fähigkeit des Sauerstoffs auf eine viel weniger gefährliche Substanz übertragen, die unser Körper besser handhaben kann.

Ganz ähnlich ist es mit der Energie, die beim „Veratmen“ unserer Nahrung freigesetzt wird. Hier benutzt unser Körper ebenfalls einen chemischen Zwischenträger – und zwar das Molekül ATP (Adenosin-Triphosphat), bekannt aus dem Biologieunterricht als die „Energiewährung des Körpers“. So gut wie immer wenn ein biochemischer Prozess im Körper ablaufen soll und dafür Energie aufgewendet werden muss, wird dabei ATP verbraucht.

Süße Brennstoffe

Zucker: Die wahren „Energiekristalle“ für unseren Körper. Quelle: alila / pixelio.de

Zucker: Die wahren „Energiekristalle“ für unseren Körper. Quelle: alila / pixelio.de

ATP wird vor allem aus Zucker und anderen Kohlenhydraten hergestellt. Alle anderen Nährstoffe werden natürlich auch verwertet, aber Fette dienen in erster Linie als Energiereserve und Wärmeisolation, und Eiweiße werden in ihre Bestandteile zerlegt um neue Proteine und Enzyme daraus herzustellen. Um aus den Zuckermolekülen an die begehrte „Energiewährung“ zu kommen braucht es über ein Dutzend verschiedener Reaktionen, die hochspezialisierte Enzyme durchführen.

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Kommentare (22)

  1. #1 BreitSide
    Beim Deich
    19. September 2015

    Krischnappatmung! :-)

  2. #2 rolak
    19. September 2015

    Krischnappatmung

    SuiziDösel!

    Locker flockiger Text, der auch nur zur Unterhaltung gelesen werden könnte – doch wohl selbst dann unterschwellig Wissen ins Hirn pumpt. Schick!

    Nicotinamidadenindinukleotid

    Da hättste für uns BandwurmAversiker aber ne GehLeseHilfe einbauen können:

    Nicotin-amid-adenin-di-nukleotid

  3. #3 BreitSide
    Beim Deich
    19. September 2015

    Tja, ab einem gewissen Alter geht man nur noch mit Gehilfen außer Haus 😆

    Ansonsten: “Nuft, Nuft! Meine Nungen vernangen nach Nuft!

  4. #4 noch'n Flo
    Schoggiland
    19. September 2015

    @ BreitSide:

    Hast Du etwa eine Fniege verschnuckt?

  5. #5 Florian Freistetter
    19. September 2015

    Schöner Artikel! Nicht zu lang, trotzdem informativ und unterhaltsam! Und irgendwas muss man gegen diese Atem-Alterung doch machen können! Chemiker, strengt euch an!

  6. #6 BreitSide
    Beim Deich
    19. September 2015

    Vonne Kanne! Bnöde Fniege!

  7. #7 Kyllyeti
    19. September 2015

    Die Werbung hat also garnicht so unrecht, wenn sie uns Anti-Oxidantien anpreist, mit denen wir uns vor freien Radikalen schützen können.

    Doch, hat sie:

    In einer Vielzahl von Studien konnte beim Menschen kein Nutzen von  Antioxidantien enthaltenden Nahrungsergänzungen  nachgewiesen werden.[8] Im Gegenteil deuten viele Metaanalysen auf die Schädlichkeit einer unbegründeten, breiten Zufuhr von Antioxidantien und Vitaminen hin, einschließlich erhöhter Mortalität.

    (Quelle Wikipedia)

  8. #8 Florence
    19. September 2015

    Du schreibst, dass der Sauerstoff den wir atmen, als Radikal vorliegt. Aller Sauerstoff? In der Schule lernt man immer so schön dass der gasförmige Sauerstoff als zweiatomiges Molekül rumschwirrt.
    Meine Frage jetzt also: Welcher Anteil des Luftsauerstoff liegt als Radikal vor?

  9. #9 Marco Körner
    Reykjavik
    19. September 2015

    Danke für die Kommentare!
    Kyllyeti hat mich erwischt – die reinen Antioxidantien wirken tatsächlich eher nicht, und sind manchmal sogar schädlich. Wirksam sind sie oft erst in ihrer “natürlichen Darreichungsform”, wie z.B. in der Orange oder im Granatapfel.

    Zum Sauerstoff: Der Sauerstoff den wir atmen, ist ein Biradikal mit der Formel ·O̲̅-O̲̅· und wird “Triplett-Sauerstoff” genannt.
    Die andere Formel die wir alle in den Schule gelernt haben, nämlich ⟪O=O⟫ existiert auch und heisst “Singulett-Sauerstoff”, aber man muss sie extra aus dem Biradikal herstellen. Wer mehr zu dem Thema lesen möchte, findet hier in der Wikipedia mehr dazu: https://de.wikipedia.org/wiki/Sauerstoff#Singulett-Sauerstoff

    Das wunderbare Wort “Nicotinamidadenindinukleotid” habe ich ganz bewusst so gelassen, eben weil der Name der Substanz so ein Zungenbrecher ist. Aber danke für die Anregung, damit wollte ich mich sowieso näher befassen.

  10. #10 rolak
    19. September 2015

    bewusst so gelassen

    Wurde vermutet, Marco. Beim LeseMarsch durch diese schier endlosen Ungetüme kann leicht falsch abgebogen, solch anfangs sich nur schwer auflösende FehlInterpretationen wie ‘bein-halten’ oder die klassischen ‘Blumento-Pferde’ von der Mustererkennung massiv vorgeschlagen werden.
    Zungenbrecherisch bleibts so oder so.

  11. #11 emreee
    20. September 2015

    Ich bin enttäuscht, das hätte der Sieg sein können .
    Gefühlt hört er mittendrin mit dem erzählen auf .

  12. #12 Marco Körner
    Reykjavík
    20. September 2015

    Hallo emree,
    ich freue mich, dass es dir so gut gefallen hat, dass du gerne noch mehr gelesen hättest. Ich schreibe bewusst eher kurze Beiträge und versuche in ihnen die Themen auf den Punkt zu bringen und Neugier zu wecken. Bei dir scheint mir das gelungen zu sein :)
    Wenn du mehr lesen möchtest, kann ich dir natürlich meinen Blog empfehlen und ich würde mich sehr freuen wenn ich trotzdem deine Stimme bekäme :)

  13. #13 Kyllyeti
    20. September 2015

    @rolak

    War mal im Postillon-Newsticker:

    +++ Neue Gymnastikübungen vorgestellt: Beinhalten Beinhalten +++

    (oder auch:

    +++ Putzfrauenstreik im Speicherkraftwerk: Zuviele Staubecken +++ )

  14. #14 BreitSide
    Beim Deich
    20. September 2015

    @Kylleti: Postillon rules!

  15. #15 Dampier
    20. September 2015

    Hallo Marco,
    interessant, das war mir nicht klar, dass Sauerstoff auch ein freies Radikal und damit auch schädlich ist.

    Ich fand es aber auch etwas kurz. Gut geschrieben, aber (zumindest für Laien wie mich) etwas zu stark gestrafft.

    Sauerstoff […] „verbrennt“ garnicht direkt unsere Nährstoffe, sondern einen Hilfsstoff: NADH […]. Daraus entsteht der „Zwischenträger“ NAD+, der ebenfalls andere Stoffe oxidieren kann, wobei das NADH dann wieder zurückgewonnen wird.

    Mir scheint, dieser Vorgang ist ziemlich entscheidend zum Verständnis des Ganzen. Leider habe ich es nicht verstanden. Dafür hättest du uns evtl. ein-zwei Absätze mehr gönnen können.

  16. #16 Chemiker
    20. September 2015

    @Florence

    In der Schule lernt man immer so schön dass der gasförmige Sauerstoff als zweiatomiges Molekül rumschwirrt.

    Die Details sind etwas trickreicher. Ein „harmloses“ Sauerstoff-Molekül gibt es de facto nicht. Das liegt daran, daß Sauerstoff ein entartetes Π-Orbital hat, das nur zur Hälfte besetzt ist. Jede mögliche Elektronen­konfiguration von O₂ ist daher diradikalisch.

    Der gewöhnliche Sauerstoff in der Luft liegt im Grund­zustand vor, das ist ein Triplett mit dem abschreckenden Symbol 3Σg− oder etwas einfacher zu tippen ³Σg⁻. Dabei sind zwei Elektronen ungepaart (Hinweis für Experten: Die Wellen­funktion hat den Raumteil xy−yx) , das Ding ist also ein „Diradikal“. Dieser Sauerstoff kann nur mäßig gut organi­sche Stoffe oxidie­ren, besser geht es mit Metall­ionen; deshalb braucht der Körper Metall­katalysa­toren wie Cytochrom, um ihn zu metabolisieren.

    Wesentlich reaktiver und daher zerstörerischer ist der angeregte Singulett-Zustand ¹Δg. Die Elektronen sind dabei zwar gepaart, aber sie besetzen nicht dieselben räum­lichen Orbitale (das ist sehr vereinfacht gesagt, für Experten sage ich noch x²−y² dazu); es handelt sich also ebenfalls um ein Diradikal. Dieser Sauerstoff kann organische Moleküle sehr effizient an­greifen. Er bildet sich gewöhn­lich durch Licht­einstrah­lung aus dem Triplett, aller­dings nur in Gegen­wart gewisser „Photo­sensibila­toren“. Die meisten farbigen Ver­­bindun­gen wirken photo­sensibili­sie­rend, und das ist der Grund, wes­halb z.B. farbige Kunststoffe oft rascher ver­spröden als ungefärbte.

    Singulett-Sauerstoff hat eine besondere Neigung, C=C-Doppel­bindungen anzugreifen (deshalb hält sich der Körper Carotinoide als Radikal­fänger). Daß ungesättigte Fettsäuren leichter oxidieren („ranzig werden“) als gesättigte liegt genau daran — deshalb soll man sie ja auch dunkel lagern. Im Körper führt die Oxidation von Fetten zu allerhand Ärger wie defekten Zell­membranen, Schäden am Genom und Arteriosklerose.

  17. #17 Franz
    21. September 2015

    Ich hab mal gelesen, dass unser Immunsystem mit freien Radikalen arbeitet um Krankheitserreger abzutöten und wenn man jetzt zu viel von diesen Antioxidation einnimmt , sich dies negativ auf das Immunsystem auswirkt. Ist da was dran ?

  18. #18 Jan
    21. September 2015

    @Franz: Die meisten Fresszellen (wie Makrophagen oder Neutrophile) in unserem Immunsystem arbeiten mit radikalen Sauerstoffspezies. Erkennt so eine Fresszelle einen Krankheitserreger, kann sie ihn in sich aufnehmen, was man Phagocytose nennt. Der Krankheitserreger befindet sich dann eingeschlossen in einem Vesikel innerhalb der Fresszelle. In diesem Vesikel befinden sich auch Enzyme, die Sauerstoff mithilfe von NADPH (was fast dasselbe ist wie das im Text erwähnte NADH) in eine reaktivere Form umwandeln und dadurch für oxidativen Stress sorgen. Da das alles in einem abgeschlossenen System abläuft, sollten mit der Nahrung aufgenommene Antioxidantien nicht stören.

  19. #19 Theres
    22. September 2015

    Vieeeel zu kurz, leider. Mir fehlten mindestens zwei Absätze, aber ich liebe ohnehin lange Texte. Dass wir ein Zellgift zum Leben brauchen, hätte ruhig was mehr vertragen können. Morgen mal auf den Blog gucken :)

  20. #20 Theres
    22. September 2015

    @Chemiker
    Danke herzlich. Ich habe eben mal nachgelesen, und was ist Chemie doch spannend. Hätte ich so nicht erwartet. Danke dafür auch an Marco, besonders natürlich!

  21. #21 Marco Körner
    Reykjavik
    24. September 2015

    Hallo und nochmal Danke für die Kommentare! Ich hätte echt nicht gedacht, dass euch der Text eher zu kurz ist. Mein Ziel war auch garnicht, einen umfassenden Fachtext zu verfassen, sondern möglichst auf den Punkt zu bringen, was es für uns eigentlich bedeutet. Deshalb habe ich viele Details nur angerissen, wenn sie nichts Wesentliches zur Kernaussage beigetragen haben.

    Zu jedem Teilaspekt meines Beitrags kann man selbst wiederum einen eigenen Text schreiben, und daraus wieder einen neuen, usw.. Das ist auch das, was ich in meinem Blog versuche. Bei dem Biradikal-Sauerstoff sieht man das auch sehr gut: Chemiker hatte in seinem Kommentar vollkommen richtig dargelegt, warum der Sauerstoff den wir atmen nicht der mit der Doppelbindung ist. Für meinen Beitrag hatte ich mich aber entschieden, einfach darauf hinzuweisen, dass es so ist und was sich daraus für uns ergibt. Ich wollte dabei ganz bewusst die quantenmechanische Betrachtung des molekularen Sauerstoffs aussen vor lassen. Die Information, dass der Triplett-Sauerstoff über das Termsymbol ³Σg bezeichnet wird (Das Wort “Triplett” bezieht sich auf die hochgestellte 3) und dass sich in ihm zwei ungepaarte Elektronen in den beiden entarteten π*-Molekülorbitalen befinden, hätte erst einmal verlangt, dass ich erkläre was ein Molekülorbital überhaupt ist. Wie Chemiker ebenfalls schon dargelegt hat, ist der Singulett-Sauerstoff wesentlich reaktiver und z.B. auch verantwortlich dafür, dass direktes Licht Butter ranzig werden und Farben verblassen lässt. Denn es ist garnicht das Licht, sondern der Sauerstoff der durch das Licht “aggressiv” wird. Eine sehr schöne Beschreibung der elektronischen Zustände des Sauerstoffs findet man hier: https://de.wikipedia.org/wiki/Sauerstoff#Molek.C3.BClorbitale

    Wie ihr seht, ist das schon wieder ein eigener Text. Das hätte meinen Beitrag natürlich ausführlicher gemacht, wäre aber deutlich zu weit vom eigentlichen Thema weggegangen. Und es ändert nichts an der nackten Tatsache, dass Sauerstoff im Grundzustand nunmal ein Biradikal ist. Mit dem NADH ist es ähnlich. Hier wollte ich euch die Nernst-Gleichungen der jeweiligen Redox-Paare ersparen, weil es nichts zu dem Punkt beiträgt, dass der Sauerstoff nicht direkt genutzt wird, sondern stattdessen eine Sustanz mit einem sehr langen Namen, bei der man wiederum hätte erklären können wie man ihn richtig ausspricht und warum sie so heisst.

    Ich freue mich aber ganz besonders darüber, dass ich mit dem Text so ein großeres Interesse geweckt habe und ganz offenbar Lust auf mehr gemacht habe. Genau das ist mein Anliegen. Chemie ist wirklich ein verdammt spannendes Fach, und wie ihr seht kann es wie in jeder Wissenschaft sehr schnell sehr komplex werden.

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