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8.1: Was ist die Zellatmung?
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Was ist die Zellatmung?
 

PROTOKOLLE

8.1: Was ist die Zellatmung?

Organismen beziehen Energie aus Nahrung. Diese Energie kann von den Zellen jedoch nicht direkt genutzt werden. Die Zellen wandeln die in den Nährstoffen gespeicherte Energie in eine besser verwertbare Form namens Adenosintriphosphat (ATP) um.

Das ATP speichert Energie in chemischen Bindungen, die bei Bedarf schnell freigesetzt werden können. Die Zellen produzieren Energie in Form von ATP durch den Prozess der Zellatmung. Obwohl ein Großteil der Energie aus der Zellatmung in Form von Wärme abgegeben wird, wird ein Teil davon für die Herstellung von ATP verwendet.

Bei der Zellatmung übertragen mehrere Oxidations-Reduktionsreaktionen (Redox) Elektronen von organischen Molekülen auf andere Moleküle. Hier bezieht sich die Oxidation auf den Elektronenverlust und die Reduktion auf den Elektronengewinn. Die Elektronenträger NAD + und FAD und ihre reduzierten Formen, NADH und FADH2, sind für mehrere Schritte der Zellatmung unerlässlich.

Einige Prokaryonten nutzen die sogenannte anaerobe Atmung, die keinen Sauerstoff benötigt. Die meisten Organismen nutzen die aerobe (sauerstoffbedürftige) Atmung. Bei ihr wird im Vergleuch viel mehr ATP produziert. Die aerobe Atmung erzeugt ATP, indem Glucose und Sauerstoff in Kohlendioxid und Wasser aufgespalten werden.

Sowohl die aerobe als auch die anaerobe Atmung beginnen mit der Glykolyse, die keinen Sauerstoff benötigt. Bei der Glykolyse wird Glucose in Pyruvat gespalten, wobei ATP entsteht. In Abwesenheit von Sauerstoff fermentiert das Pyruvat und produziert NAD+ für die weitere Glykolyse. Verschiedene Hefearten nutzen die alkoholische Gärung. Menschliche Muskelzellen können die Milchsäuregärung verwenden, wenn der Sauerstoff erschöpft ist. Die anaerobe Atmung endet mit der Gärung.

Die aerobe Atmung setzt sich jedoch mit der Pyruvat-Oxidation fort. Bei der Pyruvat-Oxidation entsteht Acetyl-CoA, das in den Citratzyklus eintritt. Der Citratzyklus besteht aus mehreren Redoxreaktionen, die die Bindungsenergie von Acetyl-CoA freisetzen und ATP und die reduzierten Elektronenträger NADH und FADH2 erzeugen.

Die letzte Stufe der Zellatmung, die oxidative Phosphorylierung, erzeugt den größten Teil des ATP. NADH und FADH2 leiten ihre Elektronen durch die Elektronentransportkette. Die Elektronentransportkette setzt Energie frei, die zum Ausstoßen von Protonen verwendet wird, wodurch ein Protonengradient entsteht, der die ATP-Synthese ermöglicht.


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