Während aerobe Atmung, der von einer Zelle aufgenommene Sauerstoff verbindet sich mit Glukose zu Energie in Form von Adenosintriphosphat (ATP), und die Zelle stößt Kohlendioxid und Wasser aus. Dies ist eine Oxidationsreaktion, bei der Glucose oxidiert und Sauerstoff reduziert wird. Dieser Prozess ist für alle von entscheidender Bedeutung Eukaryoten, das sind große Zellen, die einen Kern und andere Organellen enthalten und die komplexe Organismen wie den Menschen bilden. Atmung in den meisten Prokaryoten, wie bestimmte Bakterien, ist anaerob. Es handelt sich um Oxidations-/Reduktionsreaktionen, die Energie ohne Sauerstoff erzeugen.
Oxidation und Reduktion definiert
Oxidation und Reduktion sind Wörter, die sich auf die Art und Weise beziehen, wie Elektronen bei einer chemischen Reaktion ausgetauscht werden. Als Chemiker erstmals Oxidations-/Reduktionsreaktionen beschrieben, verwendeten sie den Begriff "Oxidation", um sich nur auf Reaktionen zu beziehen, bei denen andere Chemikalien an Sauerstoff gebunden wurden. Als Reduktionsreaktionen bezeichneten sie Reaktionen, bei denen eine Chemikalie wieder in eine reine Form überführt wurde, beispielsweise eine, bei der der Sauerstoff aus Magnesium entfernt wurde und nur noch Magnesium übrig blieb. Als Wissenschaftler jedoch mehr über die zugrunde liegenden Mechanismen herausfanden, wurde klar, dass in Oxidation verlor ein Element ein oder mehrere Elektronen an Sauerstoff, und bei der Reduktion nahm ein Element zu Elektronen.
Die Bedeutung der Zellatmung
Das in produzierte ATP Zellatmung ist ein chemischer Brennstoff, der jede Reaktion in der Zelle direkt oder indirekt antreibt. Die Atmung findet in jeder Zelle des menschlichen Körpers sowie in den Zellen fast jedes Eukaryoten statt. Dass unsere Zellen auf diese Reaktion angewiesen sind, ist der Grund dafür, dass der Mensch Sauerstoff ein- und Kohlendioxid ausatmet.
Reduktion oder Oxidation
Der Prozess der Zellatmung umfasst zwei Hauptschritte. Im ersten Schritt, den Wissenschaftler Glykolyse nennen, wird Glukose abgebaut. Im zweiten werden die Reste der Glukose durch aerobe Atmung weiter abgebaut. Während der aeroben Atmung wird Sauerstoff reduziert, wodurch ein Elektron an Wasserstoff abgegeben wird, um Wasser zu bilden. Der gesamte Prozess der Zellatmung oxidiert Glukose. Dadurch entsteht der Großteil der Energie, die bei der Zellatmung freigesetzt wird.
Der Prozess der Fermentation
Fermentation beinhaltet auch Oxidation und Reduktion, und es produziert ATP, aber es tut dies weniger effizient. Einige einfache Organismen, wie Hefen, verwenden dieses Verfahren in Abwesenheit von Sauerstoff. Auch der Mensch nutzt die Fermentation als eine Art Backup für die Zellatmung in sauerstoffarmen Muskelzellen. Während der Fermentation wird eine Chemikalie namens Nicotinamidadenindinukleotid + Wasserstoff (NADH) oxidiert und eine Chemikalie namens Pyruvat reduziert. Dieser Prozess produziert nur zwei ATP-Moleküle pro Glukosemolekül, während die Zellatmung 36 ATP-Moleküle aus einem einzigen Glukosemolekül produziert.