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Zellulärer Energiestoffwechsel

Glykolyse

Biologie590Aktualisiert 25. Sept. 20263 Seiten

Zellatmung und Dissimilation - Abitur Zusammenfassung

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Marie Blüge@marie.bl
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Die Zellatmung ist der zentrale Prozess, mit dem deine Zellen aus Nahrung Energie gewinnen - quasi die "Verbrennung" von Glucose zu ATP. Dabei arbeiten deine Mitochondrien wie kleine Kraftwerke und können je nach Sauerstoffverfügbarkeit verschiedene Wege nutzen, um Energie zu produzieren.
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Zellatmung und Mitochondrien - Die Kraftwerke deiner Zellen

Stell dir vor, deine Zellen haben winzige Kraftwerke - das sind die Mitochondrien! Diese bohnenförmigen Organellen (2-5 Mikrometer groß) wandeln ständig deine Nahrung in ATP um, den universellen Energieträger deines Körpers.

Mitochondrien findest du in fast allen Zellen (außer roten Blutkörperchen). Muskelzellen haben besonders viele davon, weil sie mehr Energie brauchen. Jedes Mitochondrium hat eine äußere und innere Membran - die innere ist gefaltet und enthält die ATP-Synthase-Komplexe für die Energieproduktion.

Der Glucoseabbau läuft in drei Hauptschritten ab: Glykolyse (im Cytoplasma), Citratzyklus (in der Matrix) und Atmungskette (an der inneren Membran). Je nach Sauerstoffverfügbarkeit entstehen unterschiedlich viele ATP-Moleküle.

Merktipp: Bei der aeroben Atmung (mit Sauerstoff) entstehen bis zu 38 ATP pro Glucose - bei anaerober Gärung nur 2 ATP!

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Glykolyse und Gärung - Wenn der Sauerstoff knapp wird

Die Glykolyse ist dein Notfallprogramm - sie funktioniert auch ohne Sauerstoff! Dabei wird Glucose in zwei Pyruvat-Moleküle gespalten und dabei entstehen 2 ATP sowie 2 NADH+H⁺.

Wenn kein Sauerstoff da ist, startet die Gärung. Bei der Milchsäuregärung wird Pyruvat direkt zu Milchsäure umgewandelt - das passiert in deinen Muskeln bei intensivem Training! Bei der alkoholischen Gärung (wie bei Hefe) entstehen Ethanol und CO₂.

Das Problem der Gärung: Sie regeneriert zwar das wichtige NAD⁺, damit die Glykolyse weiterlaufen kann, aber der Wirkungsgrad liegt nur bei 2%. Die Endprodukte (Milchsäure, Ethanol) enthalten noch viel Energie.

Alltagsbezug: Der brennende Schmerz in deinen Muskeln beim Sport? Das ist Milchsäure aus der anaeroben Gärung!

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Citratzyklus und Atmungskette - Maximale Energieausbeute

Wenn Sauerstoff verfügbar ist, wird Pyruvat in den Mitochondrien komplett "verbrannt". Zuerst erfolgt die oxidative Decarboxylierung: Pyruvat verliert CO₂ und wird zu Acetyl-CoA umgewandelt.

Im Citratzyklus reagiert Acetyl-CoA mit einem C₄-Körper zu Citrat (C₆). Durch mehrere Reaktionsschritte entstehen 2 CO₂, 3 NADH+H⁺, 1 FADH₂ und 1 ATP pro Acetyl-CoA. Der C₄-Körper wird dabei regeneriert - daher "Zyklus"!

Die Atmungskette ist das Highlight: NADH+H⁺ und FADH₂ geben ihre Elektronen an eine Transportkette ab. Dabei werden Protonen in den Intermembranraum gepumpt. Der entstehende Protonengradient treibt die ATP-Synthase an - wie eine Turbine! Pro NADH entstehen 3 ATP, pro FADH₂ nur 2 ATP.

Effizienz-Check: Die oxidative Phosphorylierung hat einen Wirkungsgrad von 38% - deutlich besser als ein Automotor!

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