Zellatmung - Dissimilation

Die Dissimilation (Zellatmung) ist der Prozess, bei dem Zellen Energie aus Nährstoffen gewinnen. Dabei werden wichtige Moleküle wie NAD+ und ATP als Energieüberträger verwendet.

Grundlegende Reaktionen:

• H₂ + NAD⁺ → NADH + H⁺ (Wasserstoffübertragung)
• AMP + P → ADP + P → ATP (Energiespeicherung)
• Überträgermoleküle: NAD, FADH₂ (für Wasserstoff) und ATP (für Energie)

Die Glykolyse:

• Findet im Zellplasma statt
• Glukose (C₆H₁₂O₆) wird in zwei C₃-Körper (Brenztraubensäure/Pyruvat) zerlegt
• Ablauf in mehreren Schritten:
  1. Aktivierung durch ATP-Verbrauch
  2. Spaltung in zwei C₃-Körper
  3. Wasserstoffabgabe an NAD⁺
  4. Gewinnung von ATP

Bilanz der Glykolyse: C₆H₁₂O₆ + 2 NAD⁺ + 2 ADP + 2 P → 2 C₃H₄O₃ + 2 NADH + 2 H⁺ + 2 ATP

Wichtiger Begriff: Die Dissimilation ist der Abbau energiereicher organischer Stoffe zur Energiegewinnung. Im Gegensatz zur Assimilation, bei der Energie gespeichert wird, wird bei der Dissimilation Energie freigesetzt.

Der Citratzyklus:

• Findet in der Matrix der Mitochondrien statt
• Oxidative Decarboxylierung: C₃-Körper → C₂ + CO₂
• C₂ wird durch Koenzym A aktiviert und in den Zyklus eingespeist
• In mehreren Schritten entstehen:
  • NADH + H⁺
  • FADH₂
  • ATP
  • CO₂

Bilanz des Citratzyklus pro Glukosemolekül:

• 8 NADH
• 2 FADH₂
• 2 ATP
• CO₂ als Abfallprodukt

Forschungsnotiz: Bei der Zellatmung werden die Ausgangsstoffe Glukose und Sauerstoff zu Kohlendioxid und Wasser umgewandelt, wobei Energie in Form von ATP freigesetzt wird.

Die Atmungskette

Die Atmungskette ist der letzte und ertragreichste Schritt der Zellatmung, der in den Mitochondrien stattfindet.

Ort und Aufbau:

• Lokalisiert an der Innenmembran der Mitochondrien
• Besteht aus mehreren Enzymkomplexen (EK I, III, IV)

Ablauf der Atmungskette:

1. NADH gibt Elektronen an die Membran ab
2. Elektronen werden von Enzymkomplexen weitergeleitet
3. Protonen werden in den Intermembranraum gepumpt
4. Es entsteht ein Konzentrationsgradient und elektrische Spannung
5. Protonen fließen durch ATP-Synthase zurück in die Matrix
6. Bei diesem Fluss wird ATP gebildet

Energiebilanz: In der Atmungskette werden aus einem NADH + H⁺ etwa 3 ATP und aus einem FADH₂ etwa 2 ATP gewonnen. Diese hohe Energieausbeute macht die Atmungskette zum effizientesten Teil der Zellatmung.

Energieausbeute:

• 1 NADH + H⁺ = 3 ATP
• 1 FADH₂ = 2 ATP
• Bilanz der Atmungskette: 10 NADH + H⁺ = 30 ATP und 2 FADH₂ = 4 ATP

Gesamtbilanz der Zellatmung (Dissimilation):

• 38 ATP (manchmal werden auch 32 ATP angegeben, je nach Transportkosten)
• 6 CO₂
• 6 H₂O

Reaktionsgleichung: Die Gesamtreaktion der Zellatmung lässt sich vereinfacht darstellen als: C₆H₁₂O₆ + 6 O₂ → 6 CO₂ + 6 H₂O + Energie (in Form von ATP)

Funktionen der Atmungskette:

• Hauptenergiequelle für alle zellulären Prozesse
• Schafft den Großteil der Energieausbeute (etwa 34 von 38 ATP)
• Endoxidation der Wasserstoffatome mit Sauerstoff zu Wasser
• Wiederherstellung von NAD⁺ und FAD für neue Zyklen

Merke: Die Atmungskette und die gesamte Zellatmung sind bei Pflanzen und Menschen nahezu identisch. Der wesentliche Unterschied liegt darin, dass Pflanzen durch Photosynthese ihre eigene Glukose herstellen können.