Atmung
Der biochemische Vorgang der Atmung lässt sich mit wenigen Worten beschreiben:
Die Zellen benötigen ATP als universale Energiewährung. Das Herstellen von ATP ist allerdings ein energieaufwändiger Prozess, und es stellt sich jetzt die Frage, wo die Energie zur Synthese von ATP eigentlich her kommt. Menschliche, tierische und pflanzliche Zellen gewinnen diese Energie, indem sie den energiereichen Zucker Glucose (Traubenzucker) verbrennen.
Aus der Reihe Biokatalyse kennen wir bereits die folgende Abbildung, die den Gesamtzusammenhang zwischen Glucoseabbau und ATP-Synthese recht gut darstellt:
Der Glucoseabbau läuft gemäß der Reaktionsgleichung:
C6H12O6 + 6 O2 => 6 CO2 + 6 H2O + Energie
ab. Bei dieser Reaktion passieren zwei Dinge gleichzeitig:
Erstens wird Glucose oxidiert. Dazu wird Sauerstoff benötigt, den der menschliche Körper durch Lungenatmung aufnimmt und dann im Blut gelöst den Zellen zuführt.
Zweitens wird sehr viel Energie freigesetzt, die in den Mitochondrien der Zelle in neues ATP verwandelt wird. Dieser Prozess, der sehr viel komplizierter ist, als es in der Reaktionsgleichung oben aussieht, läuft in unseren Zellen in drei Schritten ab.
- Schritt:
Bei der Glycolyse wird das Glucosemolekül in einfachere Verbindungen abgebaut, die noch sehr viel Energie enthalten. Die Glycolyse benötigt noch keinen Sauerstoff. Da eine geringe Menge von ATP bereits in der Glycolyse synthetisiert wird, können bestimmte Organismen ihren ATP-Bedarf auch in Abwesenheit von Sauerstoff decken (Gärung).
- Schritt:
Im Citronensäurezyklus werden die Endprodukte der Glycolyse zu Kohlendioxid abgebaut, außerdem enstehen jede Menge wasserstoffreicher Verbindungen wie NADH/H+ und FADH2.
- Schritt:
In der Atmungskette schließlich geben die wasserstoffreichen Verbindungen des Citronensäurezyklus ihren Wasserstoff an Sauerstoffmoleküle ab. Dies ist eine extrem exotherme Reaktion (vergleichbar mit der Knallgasreaktion, mit der man sogar Raketen antreiben kann). Die bei dieser Reaktion freigesetzte Energie wird zur Synthese von sehr viel ATP aus ADP und Phosphat eingesetzt. Damit ist die Atmungskette nicht nur der letzte, sondern auch der wichtigste Schritt der gesamten Atmung.
Fehlt den Organismen der notwendige Sauerstoff, so können die Endprodukte der Glycolyse zu Milchsäure oder Ethanol abgebaut werden. Man spricht dann von einer Gärung.
Glycolyse im Überblick
Glycolyse light
Vorbereitungsphase
Energiegewinnungsphase
Links zum Citratzyklus:
