Glykolyse: Der erste Schritt der Zellatmung

Die Glykolyse ist der erste Schritt der Zellatmung und findet im Cytoplasma der Zelle statt. Sie besteht aus zwei Hauptphasen: der Energieinvestition und der Energiefreisetzung.

Definition: Glykolyse - Ein anaerober Stoffwechselweg, bei dem Glukose zu Pyruvat abgebaut wird.

Die Bilanzgleichung der Glykolyse lautet:

Glucose + 2 NAD⁺ + 2 ADP + Pi → 2 Pyruvat + 2 NADH + H⁺ + 2 ATP

Bei diesem Prozess werden pro Mol Glukose zwei Mol ATP gebildet. Im Vergleich zur vollständigen Verbrennung von Glukose (ΔH = -2825 kJ/mol) ist die Energieausbeute der Glykolyse jedoch gering.

Example: Der Wirkungsgrad der Glykolyse beträgt nur etwa 2% der theoretisch verfügbaren Energie aus der Glukose.

Die verbleibende Energie ist noch in den Produkten der Glykolyse, dem Pyruvat und den reduzierten Coenzymen, gespeichert. Diese werden in den nächsten Schritten der Zellatmung weiter verarbeitet.

Oxidative Decarboxylierung

Die oxidative Decarboxylierung ist das Bindeglied zwischen Glykolyse und Citratzyklus. Sie findet in der Membran der Mitochondrien statt und wandelt Pyruvat in Acetyl-CoA um.

Highlight: Die oxidative Decarboxylierung Pyruvat erfolgt in drei Schritten:

1. Abspaltung der Carboxylgruppe als CO₂
2. Oxidation des verbleibenden Fragments zur Acetylgruppe
3. Bindung von Coenzym A an die Acetylgruppe zur Bildung von Acetyl-CoA

Das bei diesem Prozess entstehende Acetyl-CoA ist energiereich, instabil und sehr reaktionsfreudig. Es spielt eine zentrale Rolle im nächsten Schritt der Zellatmung, dem Citratzyklus.

Zellatmung: Grundlagen und Redoxreaktionen

Die Zellatmung ist ein fundamentaler Prozess in eukaryotischen Zellen, der in den Mitochondrien stattfindet. Sie dient dem vollständigen Abbau energiereicher Stoffe zu CO2 und Wasser, wobei Energie in Form von ATP gewonnen wird. Dieser Vorgang ist essentiell für Tiere, Pflanzen und Pilze.

Ein zentrales Konzept der Zellatmung sind Redoxreaktionen. Bei diesen chemischen Reaktionen werden Elektronen und Wasserstoff-Ionen zwischen Molekülen übertragen. Die Oxidation bezeichnet dabei die Abgabe, die Reduktion die Aufnahme von Elektronen und Protonen.

Vocabulary: Redoxreaktion - Eine gekoppelte chemische Reaktion, bei der ein Reaktionspartner oxidiert (Elektronenabgabe) und der andere reduziert (Elektronenaufnahme) wird.

In lebenden Zellen erfolgt der Wasserstofftransport nicht direkt, sondern mithilfe spezieller Coenzyme. Diese Coenzyme, auch als Reduktionsäquivalente bezeichnet, übertragen die Fähigkeit zur Reduktion und spielen eine entscheidende Rolle in der Zellatmung Atmungskette.

Highlight: Coenzyme lassen sich in drei Hauptgruppen einteilen:

1. Energieüberträger (z.B. ATP/ADP)
2. Wasserstoff-Ionen-Transporter (Reduktionsäquivalente)
3. Kohlenstoffatom-Überträger (z.B. Coenzym A)

Die Zellatmung Formel für den Gesamtprozess lautet:

C6H12O6 + 6 O2 → 6 CO2 + 6 H2O + Energie

Diese exergonische Reaktion setzt eine beträchtliche Menge Energie frei (ΔG = -2868 kJ/mol), die von der Zelle zur ATP-Synthese genutzt wird.