zellatmung

• Alles Leben auf unserem Planeten benötigt Energie
• Autotrophe Organismen wie Pflanzen und einige Bakterien sind in der Lage die Energie der Sonne über die Photosynthese in Molekülen (Glucose) zu speichern
• Heterotrophe Organismen wie Menschen und Tiere verwenden Glucose und andere energiereiche Stoffe, um ihren eigenen Energiestoffwechsel zu betreiben
• Zellatmung


  Der aerobe und anaerobe Abbau organischer Moleküle (hauptsächlich Glucose) zu Kohlenstoffdioxid unter der Bereitstellung von Adenosintriphosphat (ATP)
• In eukaryotischen Zellen finden einzelne Schritte der Zellatmung im Zytosol und in den Mitochondrien statt
• In Prokaryoten findet die Zellatmung lediglich im Zytosol statt, da Prokaryoten keine Zellorganellen wie z.B. die Mitochondrien besitzen
• Glucose


  Der grundlegende Betriebsstoff von Zellen, auch als Traubenzucker bezeichnet
• ATP ist der universelle Energiespeicher aller Organismen
• Heterotrophe Organismen wie Tiere und Menschen sind auf die Aufnahme von Glucose oder anderen energiereichen Stoffen angewiesen, da sie keine Photosynthese betreiben können
• Energiereiche Stoffe wie Aminosäuren oder Fette werden im Organismus zur Energiegewinnung umgebaut, um entweder Glucose, oder andere Zwischenprodukte des Glucoseabbaus zu erhalten
• Arten der Zellatmung


  • Aerobe Zellatmung
  • Anaerobe Zellatmung (Gärung)
• Die aerobe Zellatmung findet in Eukaryoten und in Prokaryoten nur unter der Anwesenheit von Sauerstoff statt
• Der Nettogewinn der aeroben Zellatmung beträgt 32 Moleküle ATP je Molekül abgebauter Glucose
• Der Nettogewinn der anaeroben Zellatmung beträgt gerade einmal 2 ATP je Molekül Glucose
• Oxidation


  Ein Stoff gibt Elektronen ab
• Reduktion


  Ein Stoff nimmt Elektronen auf
• Reduzierte Stoffe sind energiereich, während oxidierte Stoffe energieärmer sind
• Ein bereits oxidierter Stoff ist weniger reaktiv im Vergleich zu seiner reduzierten Form
• Die Zellatmung ist auf sehr viele kleine einzelne Reaktionen in verschiedenen Bereichen der Zelle und Zellorganellen aufgeteilt, weil sonst eine zu große Energiemenge auf einmal freigesetzt werden würde
• Mitochondrien

  Die Kraftwerke der Zelle, in denen die freiwerdende Energie durch die Umwandlung von Zwischenprodukten der Zellatmungsreaktionen in ATP gespeichert wird
• Das Problem des oxidativen Abbaus in der Zellatmung ist die enorm hohe frei werdende Energie
• Auf Zellebene könnte der Zustand der Zellatmung


  Mit der Zündung einer Bombe verglichen werden
• Aerobe Zellatmung


  C6H12O6 + 6 O2 → 6 CO2 + 6 H2O + Energie
• Mitochondrien

  Die Kraftwerke der Zelle, da sie die freiwerdende Energie durch die Umwandlung von Zwischenprodukten der Zellatmungsreaktionen in ATP umwandeln
• Mitochondrien


  • Etwa so groß wie Bakterien
  • Fähig sich unabhängig vom Zellzyklus (Mitose) zu teilen
  • Besitzen zwei Zellmembranen, wobei die äußere dem Schutz dient und die innere den Stofftransport reguliert
  • Haben eine eingestülpte innere Membran (Cristae), um die Oberfläche für den Stofftransport zu erhöhen
  • Kommen vermehrt in Zellen mit hohem Energiebedarf vor, wie Leber- und Muskelzellen
• Mitochondrien und Chloroplasten entstammen aus prokaryotischen Organismen, die im Verlauf der Erdgeschichte über Endozytose in Vorfahren der eukaryotischen Zellen eingeschleust wurden
• Aerobe Zellatmung


  1. Glykolyse

  2. Oxidative Decarboxylierung

  3. Citratzyklus

  4. Atmungskette
• Die Glykolyse in Eukaryoten ist räumlich von der oxidativen Decarboxylierung, dem Citratzyklus und der Atmungskette getrennt
• Glykolyse

  Der erste Schritt der Zellatmung, kann bei aeroben sowie anaeroben Bedingungen ablaufen
• NAD+ und NADH + H+

  Die oxidierte und die reduzierte Form eines Coenzyms, das als Energieüberträger in Redoxreaktionen der Zellatmung wirkt
• Glykolyse

  Glucose wird in 2 Moleküle Pyruvat abgebaut, dabei wird NAD+ reduziert und ATP gebildet
• Oxidative Decarboxylierung


  1. Pyruvat wird durch NAD+ oxidiert, dabei wird NAD+ zu NADH + H+ reduziert

  2. Kohlenstoffdioxid wird abgespalten

  3. Das entstehende Acetat wird an Coenzym A gebunden

  4. Acetyl-CoA überträgt seine Acetylgruppe auf Oxalacetat, wodurch Citrat entsteht
• Citratzyklus

  1. Citrat wird über verschiedene Zwischenstufen zu Oxalacetat umgewandelt

  2. Acetat als Acetyl-CoA, H2O, NAD+, FAD und GDP werden eingebracht

  3. 2 CO2, 3 NADH + 3 H+, GTP und FADH2 fallen als Endprodukte an

  4. Oxalacetat wird im letzten Schritt regeneriert
• Die Gesamtausbeute der aeroben Zellatmung beträgt 32 ATP
• Chemiosmose

  Die Gewinnung von ATP durch eine protonenmotorische Kraft über eine Biomembran
• Atmungskette

  1. Elektronentransport

  2. Chemiosmose
• Elektronentransport


  • Die zu transportierenden Elektronen stammen aus den reduzierten Coenzymen NADH + H+ und FADH2
  • Die Elektronen werden von den Coenzymen an Proteine in der Innenmembran der Mitochondrien übertragen
  • Die Proteine sind gleichzeitig Carrierproteine für Protonen, die durch Reduktion Energie gewinnen und bei Oxidation Energie freisetzen
• Protonenmotorische Kraft


  Das Konzentrations- und Ladungsgefälle zwischen Matrix und Außenraum der Innenmembran, das durch den Protonentransport entsteht
• Chemiosmose


  1. Protonen können aus dem Außenraum der Innenmembran durch die ATP-Synthase mit dem Konzentrations- und Ladungsgefälle zurück in die Mitochondrienmatrix wandern

  2. Dieser Protonenstrom liefert die Energie zur Synthese von ADP+Pi zu ATP
• Aus jedem Elektronenpaar aus NADH + H+ werden 2,5 ATP gebildet, während aus jedem Elektronenpaar aus FADH2 1,5 ATP gebildet werden