Citratzyklus und Atmungskette: Energiegewinnung in den Mitochondrien

Der Citratzyklus, auch Krebs-Zyklus genannt, findet in der Matrix der Mitochondrien statt. Hier wird der C₂-Körper des Acetyl-CoA durch die Abgabe von CO₂ vollständig abgebaut.

Vocabulary: Citratzyklus - Ein zyklischer Stoffwechselweg, bei dem Acetyl-CoA vollständig zu CO₂ oxidiert wird, wobei Reduktionsäquivalente und ATP entstehen.

Die Bilanzgleichung des Citratzyklus lautet:

2 Pyruvat + 8 NAD⁺ + 2 FAD + 2 H₂O + 2 ADP → 6 CO₂ + 8 NADH + H⁺ + 2 FADH₂ + 2 ATP

Da zwei Pyruvat-Moleküle in den Kreislauf eingeschleust werden, läuft der Zyklus zweimal ab und produziert dabei 2 Mol ATP.

Die Atmungskette, auch als oxidative Phosphorylierung bekannt, ist der letzte Schritt der Zellatmung Atmungskette. Sie findet an der inneren Mitochondrienmembran statt und nutzt die Energie der Reduktionsäquivalente aus Glykolyse und Citratzyklus zur ATP-Synthese.

Highlight: In der Atmungskette werden Elektronen über eine Reihe von Enzymkomplexen transportiert, wobei ein Protonengradient aufgebaut wird. Dieser treibt die ATP-Synthase an, die ATP produziert.

Die Energieausbeute der Atmungskette ist beachtlich:

• 10 Protonen aus NADH + H⁺ können 3 ATP-Moleküle synthetisieren
• 6 Protonen aus FADH₂ können 2 ATP-Moleküle synthetisieren

Gesamtbilanz der Zellatmung: Maximale Energieausbeute

Die Stoff- und Energiebilanz der Zellatmung zeigt die beeindruckende Effizienz dieses Prozesses. Hier ist die Aufschlüsselung der ATP-Produktion in den verschiedenen Phasen:

1. Glykolyse: 2 Mol ATP (2% Wirkungsgrad)
2. Oxidative Decarboxylierung: Keine direkte ATP-Produktion, aber Bildung von 2 NADH + H⁺
3. Citratzyklus: 2 Mol ATP (2% Wirkungsgrad), 6 NADH + H⁺, 2 FADH₂
4. Atmungskette:
   • 10 NADH + H⁺ → 30 ATP
   • 2 FADH₂ → 4 ATP

Highlight: Die Gesamtbilanz Zellatmung ergibt theoretisch 38 Mol ATP pro Mol Glukose. In der Praxis werden jedoch 36 Mol ATP produziert, da 2 ATP für den Transport von Pyruvat ins Mitochondrium benötigt werden.

Diese Energiebilanz Zellatmung zeigt, dass der Großteil des ATP (34 Mol) in der Atmungskette produziert wird. Dies unterstreicht die Bedeutung der oxidativen Phosphorylierung für die Energiegewinnung in eukaryotischen Zellen.

Example: Die Frage "Zellatmung 32 oder 38 ATP" lässt sich so beantworten: Theoretisch werden 38 ATP produziert, praktisch sind es aufgrund des Energieaufwands für den Pyruvat-Transport 36 ATP.

Die Zellatmung ist somit ein hocheffizienter Prozess zur Energiegewinnung, der es Organismen ermöglicht, die in Nährstoffen gespeicherte chemische Energie optimal zu nutzen.