Vier Phasen der Zellatmung

Zellatmung ist die Summe der verschiedenen biochemischen Mittel, die eukaryotische Organismen zur Extraktion einsetzen employ Energie aus Lebensmitteln, speziell Glucose Moleküle.

Der Zellatmungsprozess umfasst vier grundlegende Phasen oder Schritte: Glykolyse, das in allen Organismen vorkommt, prokaryontisch und eukaryontisch; das Brückenreaktion, das die Bühne für die aerobe Atmung ist; und der Krebs Zyklus und der Elektronentransportkettesauerstoffabhängige Stoffwechselwege, die in den Mitochondrien nacheinander ablaufen.

Die Schritte der Zellatmung laufen nicht mit der gleichen Geschwindigkeit ab, und die gleichen Reaktionen können im gleichen Organismus zu unterschiedlichen Zeiten mit unterschiedlicher Geschwindigkeit ablaufen. Zum Beispiel wäre zu erwarten, dass die Glykolyserate in Muskelzellen während intensiver anaerob Training, das eine "Sauerstoffschuld" nach sich zieht, aber die Schritte der aeroben Atmung beschleunigen sich nicht merklich, es sei denn, das Training wird auf einem aeroben Intensitätsniveau "umgezahlt" durchgeführt.

Das Ganze Zellatmungsformel sieht von Quelle zu Quelle leicht unterschiedlich aus, je nachdem, was die Autoren als sinnvolle Reaktanten und Produkte einschließen. Viele Quellen lassen beispielsweise die Elektronenträger NAD⁺/NADH und FAD²⁺/FADH2 aus der biochemischen Bilanz.

Insgesamt wird das aus sechs Kohlenstoffatomen bestehende Zuckermolekül Glucose in Gegenwart von Sauerstoff in Kohlendioxid und Wasser umgewandelt, um 36 bis 38 Moleküle ATP (Adenosintriphosphat, die naturweite "Energiewährung" der Zellen). Diese chemische Gleichung wird durch die folgende Gleichung dargestellt:

C₆H₁₂Ö₆ + 6 O₂ → 6 CO₂ + 12 H₂O + 36 ATP

Die erste Stufe der Zellatmung ist Glykolyse, das ist eine Reihe von zehn Reaktionen, die keinen Sauerstoff benötigen und daher in jeder lebenden Zelle ablaufen. Prokaryoten (aus den Domänen Bakterien und Archaeen, früher "Archaebakterien" genannt) nutzen fast ausschließlich die Glykolyse, während Eukaryoten (Tiere, Pilze, Protisten und Pflanzen) es hauptsächlich als Tischset für die energetisch lukrativeren verwenden Reaktionen von aerobe Atmung.

Die Glykolyse findet im Zytoplasma statt. In der "Investitionsphase" des Prozesses werden zwei ATP verbraucht, da dem Glucosederivat zwei Phosphate zugesetzt werden, bevor es in zwei Drei-Kohlenstoff-Verbindungen gespalten wird. Diese werden in zwei Moleküle von umgewandelt Pyruvat, 2 NADH und vier ATP für a Nettogewinn von zwei ATP.

Die zweite Stufe der Zellatmung, die Überleitung oder Brückenreaktion, bekommt weniger Aufmerksamkeit als der Rest der Zellatmung. Wie der Name schon sagt, gibt es ohne sie jedoch keinen Weg von der Glykolyse zu den aeroben Reaktionen darüber hinaus.

Bei dieser Reaktion, die in den Mitochondrien abläuft, werden die beiden Pyruvatmoleküle aus der Glykolyse mit zwei Molekülen CO. in zwei Moleküle Acetyl-Coenzym A (Acetyl-CoA) umgewandelt₂ als Stoffwechselabfälle produziert. Es wird kein ATP produziert.

Das Krebs Zyklus erzeugt nicht viel Energie (zwei ATP), aber durch Kombinieren des Zwei-Kohlenstoff-Moleküls Acetyl-CoA mit dem Vier-Kohlenstoff-Molekül Oxalacetat und Zyklen das resultierende Produkt durch eine Reihe von Übergängen, die das Molekül wieder zu Oxalacetat trimmen, erzeugt es acht NADH und zwei FADH₂, ein weiterer Elektronenträger (vier NADH und ein FADH₂ pro Glucosemolekül, das bei der Glykolyse in die Zellatmung eintritt).

Diese Moleküle werden für die Elektronentransportkette, und im Zuge ihrer Synthese vier weitere CO₂ Moleküle werden als Abfall aus der Zelle ausgeschieden.

In der vierten und letzten Phase der Zellatmung wird die Hauptenergie-„Erschaffung“ vollzogen. Die von NADH und FADH. getragenen Elektronen₂ werden von diesen Molekülen durch Enzyme in der Mitochondrienmembran und verwendet, um einen Prozess namens oxidative Phosphorylierung voranzutreiben, wobei ein elektrochemischer Gradient angetrieben durch die Freisetzung der oben genannten Elektronen treibt die Addition von Phosphatmolekülen an ADP an, um zu produzieren ATP.

Sauerstoff wird für diesen Schritt benötigt, da es der letzte Elektronenakzeptor in der Kette ist. Dadurch entsteht H₂O, aus diesem Schritt kommt also das Wasser in der Zellatmungsgleichung.

Insgesamt werden in diesem Schritt 32 bis 34 Moleküle ATP erzeugt, je nachdem, wie die Energieausbeute aufsummiert wird. So Zellatmung liefert insgesamt 36 bis 38 ATP: 2 + 2 + (32 oder 34).