Zellatmung

Die Zellatmung

Menschen und Tiere können keine eigene Energie produzieren. Sie nehmen daher die energiereichen Verbindungen aus pflanzlicher oder tierischer Nahrung auf. Diese Nahrung wird zerlegt um die so freiwerdende Energie nutzen zu können. Auch Pflanzen zerlegen eigens produzierte energiereiche Verbindungen wieder. Die dabei freiwerdende Energie wird für Stoffwechselreaktionen genutzt. Bei dieser Zerlegung von energiereichen organischen Stoffen zu energiearmen Stoffen wird von der Zellatmung gesprochen.

Die Zellatmung lässt sich in drei verschiedene Prozesse unterteilen:

Ziel dieser ganzen Prozesse ist, aus einer energiereichen Verbindung den Energieträger ATP herzustellen. Dabei wird die energiereiche Verbindung zu einer energiearmen Verbindung abgebaut. Energiereiche Verbindungen werden von Pflanzen selbst produziert und von Menschen oder Tieren durch die Nahrung aufgenommen und durch Verdauung zerlegt.

Glykolyse

Bei der Glykolyse wird der Ausgangsstoff der Zellatmung, ein Glucose-Molekül, zu Brenztraubensäure (BTS) abgebaut. Dieser Vorgang findet im Zytoplasma von tierischen oder pflanzlichen Zellen statt. Zunächst wird das Glucose-Molekül (C6H12O6) unter Verbrauch von Energie zu zwei C3-Molekülen, den 3-Phosphoglycerinaldehyd-Molekülen, abgebaut. Diese beiden Moleküle werden dann oxidiert und geben Elektronen auf das Oxidationsmittel NAD+ ab, wodurch dieses zum Reduktionsmittel NADH/H+ wird. Außerdem entstehen dabei zwei Moleküle ATP. Bei der Glykolyse entstehen also zwei Moleküle Brenztraubensäure, zwei Moleküle NADH/H+ und zwei Moleküle ATP.

Citrat-Zyklus

Steht einem Organismus Sauerstoff zur Verfügung, wird dieser im Zuge des Citrat-Zyklus genutzt, um die Brenztraubensäure vollständig abzubauen und auf diese Weise möglichst viel Energie zu gewinnen. Der Citrat-Zyklus und auch die darauffolgende Atmungskette finden in den Mitochondrien der Zellen statt. Zu Beginn wird von den Brenztraubensäure-Molekülen Kohlenstoffdioxid abgespalten, wodurch das Kohlenstoffgerüst des Moleküls abgebaut wird. Dabei wird CO2 als Abfallprodukt frei und es entstehen neue Reduktionsmittel in Form von NADH/H+. Die C2-Moleküle8 werden dann an C4-Akzeptormoleküle gebunden und die Abspaltung von CO2 findet weitere zwei Mal statt. Dabei wird außerdem ATP gebildet. Danach findet die Regeneration der Akzeptormoleküle statt, wobei erneut Reduktionsmittel in Form von NADH/H+ und auch in Form von FADH2 entstehen. Die Bilanz aus dem Citrat-Zyklus sind also 6 Moleküle CO2, zwei Moleküle ATP, 8 Moleküle NADH/H+ und 2 Moleküle FADH2.

Atmungskette

Bei der Atmungskette, oder auch Endoxidation, werden alle bisher entstandenen Reduktionsmittel mithilfe von Sauerstoff (als Elektronenakzeptor) oxidiert, wodurch Wasser abgespalten wird und ATP als Energieträger entsteht. Die freiwerdende Reaktionsenergie bei der Reaktion von Wasserstoff und Sauerstoff zu Wasser wird dabei stufenweise frei, sodass die ATP-Moleküle aufgebaut werden können.

Die Reduktionsmittel NADH/H+ und FADH2 geben Wasserstoff (H) an sogenannte Redoxsysteme in der inneren Mitochondrienmembran ab, die nebeneinander angeordnet sind. Sie übertragen entweder Wasserstoff oder geben Elektronen weiter. Bei jeder dieser Übertragungen wird ATP gebildet. Am Ende werden Elektronen auf Sauerstoffmoleküle übertragen, die wiederum mit Wasserstoffionen zu Wasser reagieren. Bei der Atmungskette entstehen dabei insgesamt 34 Moleküle ATP.

In der Gesamtbilanz der Zellatmung ergibt sich aus einem Molekül Glucose also 38 ATP bei dem sogenannten aeroben Abbau. Steht einem Organismus kein Sauerstoff zur Verfügung, läuft nur die Glykolyse ab, an die sich die anaerobe Gärung anschließt. Dieser Prozess der Energiegewinnung ist wesentlich ineffizienter, weshalb die meisten Lebewesen, wenn möglich, Sauerstoff bei der Energiegewinnung als Elektronenakzeptor verwenden.

Zum Abicheck