Bilanz der Glykolyse und Übergang zum Citratzyklus

Die Gesamtbilanz der Glykolyse zeigt, dass nur ein kleiner Teil der in Glucose gespeicherten Energie direkt genutzt wird:

Pro Molekül Glucose entstehen:

• Zwei Moleküle NADH + H⁺
• Zwei Moleküle ATP durch Substratkettenphosphorylierung

Highlight: Der Großteil der Energie ist noch im Pyruvat enthalten und wird in den folgenden Schritten der Zellatmung genutzt.

Oxidative Decarboxylierung

Unter aeroben Bedingungen wird Pyruvat in die Mitochondrien transportiert, wo es in der Matrix weiter abgebaut wird:

1. Abspaltung eines CO₂-Moleküls vom Pyruvat
2. Reaktion mit Coenzym A zu Acetyl-CoA (aktivierte Essigsäure)
3. Übertragung von Wasserstoff auf NAD⁺, Bildung von NADH + H⁺

Vocabulary: Oxidative Decarboxylierung - Abspaltung von CO₂ unter gleichzeitiger Oxidation

Pro Glucose-Molekül entstehen hier zwei weitere NADH + H⁺.

Der Citratzyklus - zentraler Stoffwechselweg

Der Citratzyklus, auch Krebs-Zyklus genannt, findet in der Mitochondrienmatrix statt und ist ein zyklischer Prozess, bei dem pro Durchgang zwei Kohlenstoffatome zu CO₂ oxidiert werden.

Ablauf des Citratzyklus:

1. Einschleusung der Acetylgruppe von Acetyl-CoA
2. Bildung von Citrat (C6-Molekül)
3. Schrittweise Oxidation und Decarboxylierung
4. Regeneration des Ausgangsmoleküls Oxalacetat

Example: Das bei der Oxidation entstehende CO₂ diffundiert aus den Zellen, gelangt über das Blut in die Lunge und wird ausgeatmet.

Hauptgewinn des Citratzyklus sind Reduktionsäquivalente in Form von NADH + H⁺ und FADH₂, die in der Atmungskette zur ATP-Produktion genutzt werden.

Bilanz des Citratzyklus und die Atmungskette

Energieausbeute des Citratzyklus

Pro Molekül Acetyl-CoA entstehen im Citratzyklus:

• 1 Molekül GTP (äquivalent zu ATP)
• 3 Moleküle NADH + H⁺
• 1 Molekül FADH₂

Highlight: Da pro Glucose-Molekül zwei Acetyl-CoA in den Citratzyklus eingeschleust werden, muss diese Bilanz verdoppelt werden.

Die Atmungskette - finale ATP-Produktion

Die Atmungskette ist der letzte Schritt der Zellatmung und findet an der inneren Mitochondrienmembran statt. Hier wird die in den Reduktionsäquivalenten NADH + H⁺ und FADH₂ gespeicherte Energie zur ATP-Synthese genutzt.

Ablauf der Atmungskette:

1. Trennung von Elektronen und Protonen aus NADH + H⁺ und FADH₂
2. Elektronentransport über eine Kette von Enzymkomplexen
3. Gekoppelter Protonentransport aus der Matrix in den Intermembranraum
4. Aufbau eines Protonengradienten
5. ATP-Synthese durch ATP-Synthase, angetrieben durch den Protonengradienten

Vocabulary: Oxidative Phosphorylierung - ATP-Bildung durch Kopplung von Elektronentransport und Protonengradient

Die Atmungskette ist hocheffizient und produziert den Großteil des in der Zellatmung gewonnenen ATPs.

Definition: Die Zellatmung ist ein mehrstufiger Prozess des Energiestoffwechsels, bei dem Nährstoffe wie Glucose unter Sauerstoffverbrauch zu CO₂ und H₂O abgebaut und dabei große Mengen ATP gewonnen werden.

Die Gesamtbilanz der Zellatmung zeigt, dass theoretisch bis zu 38 ATP-Moleküle pro Glucose-Molekül entstehen können, in der Praxis sind es aufgrund von Verlusten etwa 30-32 ATP.