Zellatmung
Zellatmung ist das, was Zellen tun, um Zucker aufzuspalten, um Energie zu erhalten, die sie nutzen können. Die Zellatmung nimmt Nahrung auf und verwendet sie zur Bildung von ATP, einer Chemikalie, die die Zelle zur Energiegewinnung nutzt.
Normalerweise wird für diesen Prozess Sauerstoff verwendet und aerobe Atmung genannt. Er hat vier Stufen, die als Glykolyse, Link-Reaktion, Krebszyklus und Elektronentransportkette bezeichnet werden. Dabei entsteht ATP, das die Energie liefert, die die Zellen für ihre Arbeit benötigen.
Wenn sie nicht genügend Sauerstoff erhalten, verwenden die Zellen die anaerobe Atmung, die keinen Sauerstoff benötigt. Dieser Prozess produziert jedoch Milchsäure und ist nicht so effizient wie bei der Verwendung von Sauerstoff.
Aerobe Atmung, der Prozess, der Sauerstoff verbraucht, viel mehr Energie produziert und keine Milchsäure erzeugt. Sie produziert auch Kohlendioxid als Abfallprodukt, das dann in den Kreislauf gelangt. Das Kohlendioxid wird zu den Lungen transportiert, wo es gegen Sauerstoff ausgetauscht wird.
Die vereinfachte Formel für die aerobe Zellatmung lautet
C6H12O6 + 6O2 → 6CO2 + 6H2O + Energie (als ATP)
Die Wortgleichung dafür lautet:
Glukose (Zucker) + Sauerstoff → Kohlendioxid + Wasser + Energie (als ATP)
Die aerobe Zellatmung hat vier Stadien. Jedes dieser Stadien ist wichtig und könnte ohne das davor liegende nicht stattfinden. Die Schritte der aeroben Zellatmung sind:
Glykolyse
Bei der Glykolyse wird Glukose im Zytoplasma in zwei Pyruvatmoleküle aufgespalten. Für die zehn Zwischenverbindungen in diesem Prozess werden zehn Enzyme benötigt.
- Zwei energiereiche ATP setzen den Prozess in Gang.
- Am Ende befinden sich zwei Pyruvatmoleküle, plus
- Substratebene - Vier ATP-Moleküle werden in Reaktion Nummer 7 & 10 hergestellt
- In Zellen, die Sauerstoff verwenden, wird das Pyruvat in einem zweiten Prozess, dem Krebszyklus, verwendet, der mehr ATP-Moleküle produziert.
Produktivität des Zyklus
In Biologie-Lehrbüchern wird oft angegeben, dass während der Zellatmung 38 ATP-Moleküle pro oxidiertem Glukosemolekül hergestellt werden können (zwei aus der Glykolyse, zwei aus dem Krebszyklus und etwa 34 aus der Elektronentransportkette). Tatsächlich erzeugt der Prozess jedoch weniger Energie (ATP) aufgrund von Verlusten durch undichte Membranen. Schätzungen gehen von 29 bis 30 ATP pro Glukose aus.
Der aerobe Stoffwechsel ist etwa (siehe Satz oben) 15-mal effizienter als der anaerobe Stoffwechsel. Der anaerobe Stoffwechsel liefert 2 Mol ATP pro 1 Mol Glukose. Sie teilen sich den Anfangsweg der Glykolyse, aber der aerobe Stoffwechsel setzt sich mit dem Krebszyklus und der oxidativen Phosphorylierung fort. Die postglykolytischen Reaktionen finden in eukaryotischen Zellen in den Mitochondrien und in prokaryotischen Zellen im Zytoplasma statt.
Reaktion der Verbindung
Pyruvat aus der Glykolyse wird aktiv in die Mitochondrien gepumpt. Ein Kohlendioxidmolekül und ein Wasserstoffmolekül werden aus dem Pyruvat entfernt (als oxidative Decarboxylierung bezeichnet), um eine Acetylgruppe zu erzeugen, die sich mit einem Enzym namens CoA verbindet, um Acetyl-CoA zu bilden. Dies ist für den Krebszyklus von wesentlicher Bedeutung.
Krebs-Zyklus
Acetyl CoA verbindet sich mit Oxalacetat zu einer Verbindung mit sechs Kohlenstoffatomen. Dies ist der erste Schritt in dem sich ständig wiederholenden Krebszyklus. Da aus jedem Glukosemolekül zwei Acetyl-CoA-Moleküle hergestellt werden, sind zwei Zyklen pro Glukosemolekül erforderlich. Am Ende von zwei Zyklen sind die Produkte also: zwei ATP, sechs NADH, zwei FADH und vier CO2. Das ATP ist ein Molekül, das Energie in chemischer Form trägt, die in anderen Zellprozessen verwendet werden kann. Dieser Prozess wird auch als TCA-Zyklus (Tricarboxyl- (Try-Car-Box-ILL-ick) Säurezyklus), Zitronensäurezyklus oder Krebszyklus nach dem Biochemiker, der seine Reaktionen aufgeklärt hat, bezeichnet.
Elektronische Transportkette (ETC)
Hier wird der größte Teil der ATP gemacht. Alle Wasserstoffmoleküle, die in den vorhergehenden Schritten (Krebszyklus, Link-Reaktion) entfernt wurden, werden innerhalb der Mitochondrien gepumpt, wobei die Energie genutzt wird, die die Elektronen freisetzen. Schliesslich vermischen sich die Elektronen, die das Pumpen von Wasserstoff in die Mitochondrien antreiben, mit etwas Wasserstoff und Sauerstoff zu Wasser, und die Wasserstoffmoleküle werden nicht mehr gepumpt.
Schließlich fließt der Wasserstoff durch Proteinkanäle zurück in das Zytoplasma der Mitochondrien. Während der Wasserstoff fließt, wird ATP aus ADP- und Phosphationen hergestellt.
Fragen und Antworten
F: Was ist die Zellatmung?
A: Die Zellatmung ist der Prozess, den die Zellen nutzen, um Zucker aufzuspalten und Energie zu gewinnen, die sie nutzen können. Sie nimmt Nahrung auf und erzeugt daraus ATP, eine chemische Substanz, die die Zelle zur Energiegewinnung nutzt.
F: Was sind die beiden Arten der Atmung?
A: Die beiden Arten der Atmung sind die aerobe Atmung und die anaerobe Atmung. Die aerobe Atmung verwendet Sauerstoff und produziert mehr Energie als die anaerobe Atmung, produziert aber keine Milchsäure. Bei der anaeroben Atmung wird kein Sauerstoff verwendet, sondern Milchsäure produziert.
F: Wie lautet die Formel für die aerobe Zellatmung?
A: Die Formel für die aerobe Zellatmung lautet C6H12O6 + 6O2 → 6CO2 + 6H2O + Energie (als ATP). Die Wortgleichung dafür lautet: Glukose (Zucker) + Sauerstoff → Kohlendioxid + Wasser + Energie (als ATP).
F: Wie viele Stufen hat die aerobe Zellatmung?
A: Die aerobe Zellatmung besteht aus vier Phasen - Glykolyse, Link-Reaktion, Krebs-Zyklus und Elektronentransportkette -, von denen jede einzelne wichtig ist und ohne die vorhergehende nicht ablaufen könnte.
F: Was geschieht mit dem Kohlendioxid, das bei der aeroben Zellatmung entsteht?
A: Kohlendioxid, das bei der aeroben Zellatmung entsteht, gelangt in den Blutkreislauf, wo es in die Lunge gelangt und gegen Sauerstoff ausgetauscht wird.
Q: Welche Art von Abfallprodukt entsteht bei der anaeroben Atmung?
A: Bei der anaeroben Atmung entsteht Milchsäure als Abfallprodukt, während bei der aeroben Atmung Kohlendioxid als Abfallprodukt entsteht.
