Bei der Zellatmung handelt es sich um eine Reihe von Stoffwechselreaktionen, die in den Zellen von Organismen stattfinden, um biochemische Energie aus Nährstoffen in Adenosintriphosphat (ATP) umzuwandeln und anschließend Abfallprodukte freizusetzen. Dieser Prozess ist für das Überleben aller lebenden Organismen von entscheidender Bedeutung, da ATP als Hauptenergiewährung für Zellen dient.
Die allgemeine chemische Gleichung für die Zellatmung lautet:
$$C_6H_{12}O_6 + 6O_2 → 6CO_2 + 6H_2O + Energie (als ATP)$$
Diese Gleichung stellt den vollständigen Abbau eines Moleküls Glucose, eines einfachen Zuckers, in Gegenwart von Sauerstoff dar, um Kohlendioxid, Wasser und Energie in Form von ATP zu erzeugen. Der Prozess läuft in drei Hauptstadien ab:Glykolyse, Krebszyklus und Elektronentransportkette.
1. Glykolyse:
- Die Glykolyse ist die erste Stufe der Zellatmung und findet im Zytoplasma statt.
- Ein Molekül Glucose wird in zwei Moleküle Pyruvat zerlegt.
- Dieser Prozess erzeugt eine kleine Menge ATP (2 ATP-Moleküle) und NADH (2 NADH-Moleküle), einen hochenergetischen Elektronenträger.
2. Krebszyklus (Zitronensäurezyklus):
- Der Krebszyklus findet in den Mitochondrien statt.
- Jedes Pyruvatmolekül aus der Glykolyse wird weiter aufgespalten und mit Coenzym A kombiniert, um Acetyl-CoA zu bilden.
- Durch eine Reihe enzymkatalysierter Reaktionen wird Acetyl-CoA oxidiert, um Kohlendioxid freizusetzen und ATP (2 ATP-Moleküle), NADH (3 NADH-Moleküle) und FADH2 (2 FADH2-Moleküle) zu erzeugen.
3. Elektronentransportkette (ETC):
- Die Elektronentransportkette befindet sich in der inneren Mitochondrienmembran.
- NADH- und FADH2-Moleküle, die bei der Glykolyse und dem Krebszyklus entstehen, geben ihre hochenergetischen Elektronen an die Elektronentransportkette weiter.
- Während sich die Elektronen durch die Kette bewegen, wird ihre Energie genutzt, um Wasserstoffionen (H+) durch die Membran zu pumpen und so einen Gradienten zu erzeugen.
- Der Rückfluss von Wasserstoffionen durch die ATP-Synthase, ein Enzym, treibt die Synthese von ATP (bis zu 34 ATP-Moleküle) voran.
- Sauerstoff dient als endgültiger Elektronenakzeptor und als Nebenprodukt entsteht Wasser.
Zusammenfassend lässt sich sagen, dass es sich bei der Zellatmung um den Abbau von Glukose in Gegenwart von Sauerstoff handelt, um Energie in Form von ATP zu erzeugen. Der Prozess erfolgt in drei Phasen:Glykolyse, Krebszyklus und Elektronentransportkette. Jede Stufe erzeugt ATP, NADH und FADH2, die zur Produktion von ATP in der Elektronentransportkette verwendet werden.
