Der Stoffwechsel und seine Wege

Der zelluläre Stoffwechsel unterteilt sich in zwei Hauptwege: Assimilation (aufbauender Stoffwechsel) und Dissimilation (abbauender Stoffwechsel). Die Zellatmung gehört zur aeroben Dissimilation, da sie Sauerstoff benötigt.

Beispiel: Eine Maispflanze betreibt tagsüber Fotosynthese (Assimilation) und nachts Zellatmung (Dissimilation).

Organismen werden basierend auf ihrer Energiegewinnung in autotroph (selbstversorgend, wie Pflanzen) und heterotroph (auf organische Nahrung angewiesen, wie Tiere) eingeteilt. Die aerobe Zellatmung findet in allen eukaryotischen Zellen statt, während einige Organismen wie Hefepilze auch zur anaeroben Gärung fähig sind.

Die Stoffwechselwege sind komplex vernetzt und ermöglichen es den Zellen, flexibel auf verschiedene Energieanforderungen zu reagieren. Diese Flexibilität ist überlebenswichtig für alle Organismen.

Die Endoxidation und Atmungskette

Die Endoxidation ist der letzte und ertragreichste Teil der Zellatmung. In der inneren Mitochondrienmembran werden Elektronen von NADH und FADH₂ über die Atmungskette transportiert.

Definition: Die Atmungskette ist eine Reihe von Proteinkomplexen in der inneren Mitochondrienmembran, die den Elektronentransport und die ATP-Synthese koordinieren.

Die Elektronen wandern dabei von Proteinkomplex zu Proteinkomplex und setzen Energie frei. Diese Energie wird genutzt, um H⁺-Ionen in den Intermembranraum zu pumpen. Der entstehende Protonengradient treibt die ATP-Synthase an, die beim Rückfluss der Protonen ATP produziert.

Die Endoxidation schließt mit der Übertragung der Elektronen auf Sauerstoff, wobei Wasser entsteht. Dieser Prozess ist der Hauptgrund, warum wir Sauerstoff zum Leben benötigen.

Die Grundlagen der Zellatmung und Gärung

Die Zellatmung Energieumwandlung ist ein fundamentaler Prozess in lebenden Zellen, bei dem Glucose in mehreren Schritten abgebaut wird. Der Prozess beginnt mit der Glykolyse im Zellplasma, wo aus einem Glucose-Molekül zwei Pyruvat-Moleküle entstehen. Dabei werden bereits erste ATP-Moleküle als Energieträger gebildet.

Die aerobe Dissimilation Prozess setzt sich in den Mitochondrien fort, wo der Citratzyklus und die Atmungskette stattfinden. Im Citratzyklus wird das Pyruvat vollständig zu CO₂ abgebaut, während gleichzeitig wichtige Reduktionsäquivalente wie NADH+H⁺ entstehen. Diese werden in der Mitochondrien Electron Transportkette zur ATP-Synthese genutzt.

Bei Sauerstoffmangel können Zellen auf die Gärung ausweichen. Es gibt zwei Hauptformen: Die Milchsäuregärung, die beispielsweise in Muskelzellen stattfindet, und die alkoholische Gärung, die von Hefezellen durchgeführt wird. Beide Prozesse dienen dazu, NAD⁺ zu regenerieren, damit die Glykolyse weiterlaufen kann.

Definition: Die Zellatmung ist ein mehrstufiger Stoffwechselprozess zur Energiegewinnung, bei dem Glucose unter Sauerstoffverbrauch zu CO₂ und H₂O abgebaut wird. Dabei entstehen bis zu 38 ATP-Moleküle pro Glucose.