Zellatmung ist der Prozess, bei dem Zellen Glukose (einen Zucker) in Kohlendioxid und Wasser umwandeln. Dabei wird Energie in Form eines Moleküls namens Adenosintriphosphat, oder ATP, freigegeben wird. Da Sauerstoff für diese Reaktion benötigt wird, wird die Zellatmung auch als eine Art von „brennende“ Reaktion, bei der ein organisches Molekül (Glukose) oxidiert oder verbrannt wird, wodurch Energie im Prozess.
Zellen benötigen ATP-Energie, um alle lebensnotwendigen Funktionen zu erfüllen. Aber wie viel ATP brauchen wir? Würden unsere eigenen Zellen nicht ständig ATP durch die Zellatmung ersetzen, würden wir an einem Tag fast unser gesamtes Körpergewicht an ATP verbrauchen.
Die Zellatmung erfolgt in drei Schritten: Glykolyse, der Zitronensäurezyklus und oxidative Phosphorylierung.
Enzyme
Enzyme sind Proteine, die chemische Reaktionen katalysieren oder die Geschwindigkeit beeinflussen, ohne dabei selbst verändert zu werden. Spezifische Enzyme katalysieren jede zelluläre Reaktion.
Die Hauptaufgabe von Enzymen während der Atmungsreaktion besteht darin, die Übertragung von Elektronen von einem Molekül auf ein anderes zu unterstützen. Diese Übertragungen werden „Redox“-Reaktionen genannt, bei denen der Verlust von Elektronen von einem Molekül (Oxidation) mit der Anlagerung von Elektronen an eine andere Substanz (Reduktion) zusammenfallen muss.
Glykolyse
Dieser erste Schritt der Atmungsreaktion findet im Zytoplasma, oder Flüssigkeit, der Zelle. Die Glykolyse besteht aus neun separaten chemischen Reaktionen, die jeweils von einem bestimmten Enzym katalysiert werden.
Die Hauptakteure bei der Glykolyse sind das Enzym Dehydrodgenase und ein Coenzym (Nicht-Protein-Helfer) namens NAD+. Die Dehydrodgenase oxidiert Glukose, indem sie ihr zwei Elektronen abzieht und sie auf NAD+ überträgt. Dabei wird Glukose in zwei Pyruvatmoleküle „gespalten“, die die Reaktion fortsetzen.
Der Zitronensäurezyklus
Der zweite Schritt der Atmungsreaktion findet in einer Zellorganelle namens statt Mitochondrien, die aufgrund ihrer Rolle bei der ATP-Produktion als „Power Factories“ für die Zelle bezeichnet werden.
Kurz bevor der Zitronensäurezyklus beginnt, wird Pyruvat für die Reaktion „gepflegt“, indem es in eine energiereiche Substanz namens Acetyl-Coenzym A oder Acetyl-CoA umgewandelt wird.
Spezifische Enzyme in den Mitochondrien treiben dann die vielen Reaktionen an, aus denen die Zitronensäure besteht Zyklus (auch bekannt als Krebs-Zyklus) durch die Neuordnung chemischer Bindungen und die Teilnahme an mehr Redox Reaktionen.
Am Ende dieses Schrittes verlassen elektronentragende Moleküle den Zitronensäurezyklus und beginnen den dritten Schritt.
Oxidative Phosphorylierung
Der letzte Schritt der Atmungsreaktion, auch. genannt Elektronentransportkette, ist der Ort, an dem die Energieabgabe für die Zelle erfolgt. Während dieses Schrittes treibt Sauerstoff eine Kette von Elektronenbewegungen durch die Membran der Mitochondrien. Dieser Elektronentransfer fördert die Fähigkeit des Enzyms ATP-Synthase, 38 ATP-Moleküle zu produzieren.