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Lebewesen können aufgrund ihres eigenenStoff- und Energiewechsels verschiedenenStoffwechsel-Formen zugeordnet werden. Alle Organismen benötigen einerseitsEnergie, um ihre Lebensprozesse aufrechtzuerhalten. Zur Energiegewinnung stehen ihnen prinzipiell verschiedene Wege zur Verfügung. Sie benötigen andererseits eineKohlenstoffquelle, aus denen sie ihreBiomasse aufbauen. Auch für die Kohlenstoffgewinnung bestehen eine Reihe unterschiedlicher Möglichkeiten. Bei denMikroorganismen gibt es vielfältige Formen solcher Stoff- und Energiewechsel. Die Einteilung in verschiedene Rein- und Mischformen ist daher besonders in derMikrobiologie von großer Wichtigkeit und Vielfalt. Im Gegensatz dazu verhalten sich die meistenVielzeller stoffwechselphysiologisch einförmig.

Die verschiedenen Stoffwechsel-Formen werden nach drei Kriterien eingeteilt: Energiequelle, Elektronendon(at)or und Kohlenstoffquelle. Um sie begrifflich als Eigenheiten des Stoffwechsels zu kennzeichnen, wird ihren Bezeichnungen die Wortendung „-trophie“ angehängt (vonaltgriechischτροφήtrophḗ, deutsch‚Ernährung‘).

Zwei oder auch drei Merkmale können in einer Bezeichnung zusammengefasst werden. Grüne Pflanzen sind phototroph und lithotroph und autotroph. Sie werden dementsprechend bezeichnet als „photolithoautotroph“. Tiere und Pilze sind chemotroph und organotroph und heterotroph. Sie gelten demzufolge als „chemoorganoheterotroph“.

Die vorgestellte Übersicht zum Stoff- und Energiewechsel berücksichtigt nicht, ob ein OrganismusSauerstoff nutzt (Aerobie/Anaerobie).Sie beachtet weiterhin nicht, wie seineThermogenese geschieht (Endothermie/Ektothermie).Darüber hinaus kennt die Biologie weitere Bedeutungen für das WortTrophie.

Eine Energiequelle wird benötigt, um denEnergieüberträger und kurzfristigenEnergiespeicherAdenosintriphosphat (ATP) durchPhosphorylierung ausAdenosindiphosphat (ADP) undPhosphat zu synthetisieren. Die Spaltung des ATP in ADP und Phosphat liefert anschließend die Energie für energieverbrauchende Vorgänge, vor allem für den Aufbau von Biomasse.

• Phototrophie: Die Energiequelle istLicht. Typische phototrophe Organismen sind grüne Pflanzen.
  • Radiotrophe Pilze können zusätzlich Energie ausionisierender Strahlung gewinnen. Diese Form der Energiegewinnung wurde bisher nur für wenige Pilze mit dem PigmentMelanin beschrieben. Der Reaktionsmechanismus ist unklar.^[2]
• Chemotrophie: Die Energiequelle sindexergone Stoffumsetzungen, in der RegelRedoxreaktionen. Alle nichtphototrophen Organismen sind chemotroph. Zu den chemotrophen Stoffwechselformen zählenAtmung undGärung.

Eine Elektronenquelle (Elektronendon(at)or,Reduktionsmittel) wird benötigt, umReduktionen im Zuge des Baustoffwechsels durchzuführen. Als Elektronenüberträger zwischen der Elektronenquelle und den Stoffen des Baustoffwechsels fungierenNicotinamidadenindinukleotid (NAD)⁺ undNicotinamidadenindinukleotidphosphat (NADP⁺). Beide Moleküle werden zu diesem Zweck zu NADH bzw. NADPH reduziert. Die anschließendeOxidation des NAD(P)H (zurück zu NAD(P)⁺) liefert später die Elektronen für den Aufbau von Biomasse.

• Lithotrophie: Die Elektronen stammen aus der Oxidationanorganischer Stoffe. Typische lithotrophe Organismen sindnitrifizierende Bakterien.
  • Hydrotrophie: Die Elektronen stammen aus der Oxidation des anorganischen StoffsWasser. Damit ist die Hydrotrophie bloß eine bestimmte Form der Lithotrophie. Allerdings wird sie wegen ihrer Wichtigkeit gesondert herausgestellt.^[3] Typische hydrotrophe Organismen sind grüne Pflanzen.
• Organotrophie: Die Elektronen stammen aus der Oxidationorganischer Stoffe. Typische organotrophe Organismen sind Tiere.

Eine Kohlenstoffquelle wird benötigt, um Biomasse aufzubauen.

• Autotrophie: Der Kohlenstoff stammt ausschließlich ausKohlendioxid (CO₂), beziehungsweise ausHydrogencarbonat-Ionen (HCO₃⁻). Typische autotrophe Organismen sind grüne Pflanzen.
• Heterotrophie: Der Kohlenstoff stammt mindestens teilweise aus organischen Verbindungen. Typische heterotrophe Organismen sind Tiere.

Organismen, die sowohl zur Autotrophie als auch zur Heterotrophie fähig sind, betreibenMixotrophie.

• M. T. Madigan, J. M. Martinko:Brock Mikrobiologie. München 2006,ISBN 3-8273-7187-2.
• U. Sonnewald:Physiologie. In:Strasburger Lehrbuch der Botanik. Heidelberg 2008,ISBN 978-3-8274-1455-7.

1. ↑M. T. Madigan, J. M. Martinko:Brock Mikrobiologie. München 2006,ISBN 3-8273-7187-2, S. 604, 621.
2. ↑E. Dadachova, R. A. Bryan, X. Huang, T. Moadel, A. D. Schweitzer, P. Aisen, J. D. Nosanchuk, A. Casadevall:Ionizing Radiation Changes the Electronic Properties of Melanin and Enhances the Growth of Melanized Fungi. In:PLoS ONE. 2 (2007), S. e457.doi:10.1371/journal.pone.0000457 (Volltext)
3. ↑U. Sonnewald:Physiologie. In:Strasburger Lehrbuch der Botanik. Heidelberg 2008,ISBN 978-3-8274-1455-7, S. 224–225.

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