Rund um die Zellatmung

Wir alle brauchen Energie, um zu funktionieren, und diese Energie beziehen wir aus den Lebensmitteln, die wir essen. Die Nährstoffe zu gewinnen, die notwendig sind, um uns am Leben zu erhalten, und sie dann in nutzbare Energie umzuwandeln, ist die Aufgabe unserer Zellen. Dieser komplexe und dennoch effiziente Stoffwechselprozess, der als Zellatmung bezeichnet wird, wandelt die aus Zucker, Kohlenhydraten, Fetten und Proteinen gewonnene Energie in Adenosintriphosphat oder ATP um, ein energiereiches Molekül, das Prozesse wie Muskelkontraktion und Nervenimpulse antreibt. Die Zellatmung findet sowohl in eukaryotischen als auch in prokaryotischen Zellen statt, wobei die meisten Reaktionen im Zytoplasma von Prokaryoten und in den Mitochondrien von Eukaryoten stattfinden. 

Es gibt drei Hauptstadien der Zellatmung: Glykolyse, Zitronensäurezyklus und Elektronentransport / oxidative Phosphorylierung.

Sugar Rush

Glykolyse bedeutet wörtlich "Aufspalten von Zuckern" und ist der 10-stufige Prozess, bei dem Zucker zur Energiegewinnung freigesetzt werden. Glykolyse tritt auf, wenn Glukose und Sauerstoff durch die Blutbahn zu den Zellen geliefert werden und sie findet im Zytoplasma der Zelle statt. Die Glykolyse kann auch ohne Sauerstoff erfolgen, ein Prozess, der als anaerobe Atmung oder Fermentation bezeichnet wird. Wenn die Glykolyse ohne Sauerstoff stattfindet, bilden die Zellen geringe Mengen ATP. Die Fermentation produziert auch Milchsäure, die sich im Muskelgewebe ansammeln kann und Schmerzen und ein brennendes Gefühl hervorruft.

Kohlenhydrate, Proteine ​​und Fette

Der Zitronensäurezyklus, auch Tricarbonsäurezyklus oder Krebszyklus genannt, beginnt, nachdem die beiden Moleküle des bei der Glykolyse entstehenden Zuckers mit drei Kohlenstoffen in eine leicht unterschiedliche Verbindung (Acetyl-CoA) umgewandelt wurden. Es ist der Prozess, der es uns ermöglicht, die in Kohlenhydraten, Proteinen und Fetten enthaltene Energie zu nutzen. Obwohl der Zitronensäurekreislauf Sauerstoff nicht direkt verwendet, funktioniert er nur, wenn Sauerstoff vorhanden ist. Dieser Zyklus findet in der Matrix der Zellmitochondrien statt. Durch eine Reihe von Zwischenschritten werden mehrere Verbindungen, die "energiereiche" Elektronen speichern können, zusammen mit zwei ATP-Molekülen hergestellt. Diese als Nicotinamidadenindinukleotid (NAD) und Flavinadenindinukleotid (FAD) bekannten Verbindungen werden dabei reduziert. Die reduzierten Formen (NADH und FADH₂) tragen die "energiereichen" Elektronen zur nächsten Stufe.

An Bord des Elektronentransportzuges

Elektronentransport und oxidative Phosphorylierung sind der dritte und letzte Schritt in der aeroben Zellatmung. Die Elektronentransportkette ist eine Reihe von Proteinkomplexen und Elektronenträgermolekülen, die in der Mitochondrienmembran von eukaryotischen Zellen vorkommen. Durch eine Reihe von Reaktionen werden die im Zitronensäurekreislauf erzeugten "energiereichen" Elektronen an Sauerstoff abgegeben. Dabei wird ein chemischer und elektrischer Gradient über die innere Mitochondrienmembran gebildet, während Wasserstoffionen aus der Mitochondrienmatrix in den inneren Membranraum gepumpt werden. ATP wird letztendlich durch oxidative Phosphorylierung hergestellt - der Prozess, bei dem Enzyme in der Zelle Nährstoffe oxidieren. Die Protein-ATP-Synthase nutzt die von der Elektronentransportkette erzeugte Energie für die Phosphorylierung (Hinzufügen einer Phosphatgruppe zu einem Molekül) von ADP zu ATP. Die meiste ATP-Erzeugung findet während der Elektronentransportkette und der oxidativen Phosphorylierungsstufe der Zellatmung statt.