Zellatmung

• Atmungsvorgänge


  1. Verbrauch von Sauerstoff

  2. Energiefreisetzung aus energiereichen organischen Verbindungen (vorwiegend Zucker, aber auch Fett)

  3. ATP steht dem Körper zur Verfügung

  4. Kann für mechanische Arbeit (Muskelarbeit) und chemische Arbeit (Zellteilung, Wachstum) verwendet werden
• Gärung


  Energiefreisetzung ohne Beteiligung von Sauerstoff
• Formel der Atmung: C6H12O6 + 6 O2 6 CO2 + 6 H2O + Energie (38 ATP)
• Pro Mol Zucker wird theoretisch ein Energiebetrag von 2875kj freigesetzt
• Die tatsächliche Energieausbeute beträgt aber nur 38,8% (entspricht 1162,8 kj/mol Glucose), weil der Atmungsvorgang selbst Energie braucht und ein Teil der entstandenen Energie als Wärme verloren geht
• Die Wärme ist bei Pflanzen nicht fühlbar. Sie wird rasch an die Umgebung abgegeben
• Frühjahrspflanzen können sich mit Hilfe der Atmungswärme einen Weg durch den Schnee schmelzen
• Viel Wärme wird von kräftig atmenden Bakterien und Pilzen erzeugt
• Darauf beruht die Erwärmung im Komposthaufen, sowie die Selbstentzündung von feuchtem Heu
• Bei Tieren trägt die Atmung zur Erwärmung des Körpers bei
• Gleichwarme Tiere nutzen die Wärmeproduktion durch Atmung zur Aufrechterhaltung der konstanten Körpertemperatur
• Zellatmung


  1. Glykolyse

  2. Oxidative Decarboxylierung

  3. Zitronensäurezyklus

  4. Atmungskette (= Endoxidation)
• Glykolyse


  • Läuft im Zellplasma ab
  • Energiegewinn ist nur gering (4 ATP, 2 davon werden bei dem Vorgang selbst wieder verbraucht – daher beträgt die Nettoausbeute 2 ATP)
  • Traubenzucker wird zerlegt, wobei Wasserstoff abgespalten und an das Coenzym NAD (Überträger) gebunden wird
  • NADH2 entsteht
  • Endet mit Bildung von Pyruvat (= Brenztraubensäure)
• Oxidative Decarboxylierung


  1. Pyruvat wird in den Mitochondrien in aktvierte Essigsäure (Acetyl- CoA) umgewandelt

  2. Abgespaltener Wasserstoff wird wieder an NAD gebunden
• Zitronensäurezyklus


  1. Essigsäure wird unter Abspaltung von Wasserstoff und Kohlendioxid zerlegt

  2. Zitronensäure entsteht als Zwischenprodukt

  3. Wenig Energie (2 ATP) wird gewonnen
• Atmungskette (= Endoxidation)


  1. Der eigentliche Energie gewinnende Schritt der Zellatmung

  2. Der abgespaltene Wasserstoff wird stufenweise über eine Kette von Enzymen (= Elektronentransportkette) mit Sauerstoff vereinigt

  3. Bei dieser so genannten „gesteuerten Knallgasreaktion" wird viel Energie gewonnen, die zum Aufbau von ATP genutzt werden kann (34 ATP)

  4. Das ATP wird als Energiequelle für weitere Stoffwechselreaktionen benötigt
• Gärungsvorgänge


  • Finden ohne Sauerstoff statt
  • Organische Verbindungen werden nur unvollständig abgebaut, die entstehenden Produkte enthalten noch relativ viel Energie
  • Der Energiegewinn durch Gärung ist deshalb viel geringer als der durch Atmung (ca. 2 ATP)
  • Unter 1% Sauerstoff in der Luft ist keine Atmung mehr möglich (= Pasteur-Punkt)
  • Manche Lebewesen können daher von Atmung auf Gärung umschalten
• Gärungen


  • Alkoholische Gärung
  • Milchsäuregärung
  • Buttersäuregärung
  • Essigsäuregärung
• Alkoholische Gärung


  • Hefepilze vergären Zucker zu Ethanol und Kohlendioxid
  • Formel: C6H12O6 2 C2H5OH + 2 CO2 + Energie (2 ATP)
  • Wird in Bäckereien verwendet, da das entstehende Kohlendioxid den Teig in die Höhe treibt und der Alkohol beim Backen verdampft
  • Hefepilze können Zucker auch vollständig zu Wasser und Kohlendioxid abbauen, wenn Sauerstoff vorhanden ist
  • Übersteigt das Ethanol die Konzentration von 15%, gehen Hefepilze im eigenen Ausscheidungsprodukt zu Grunde
• Milchsäuregärung


  • Milchsäurebakterien bauen Zucker zu Milchsäure ab
  • Verantwortlich für das Sauerwerden der Milch und die Sauerkrautbereitung
  • Milchsäure kann auch im Muskel gebildet werden (Muskelkater), rote Blutkörperchen gewinnen Energie durch Gärung
• Buttersäuregärung


  • Kohlenhydrate werden zu Buttersäure vergoren
  • Wird in der Industrie zur Herstellung von Butanol verwendet
  • Auch beim Ranzigwerden von Butter entsteht Buttersäure – unangenehmer Geruch
• Essigsäuregärung


  Ethanol wird von Essigbakterien zu Essigsäure