Glykolyse und oxidative Decarboxylierung

Die Glykolyse ist der erste Schritt der Zellatmung beim Menschen. Sie findet im Cytoplasma statt und umfasst 10 Einzelschritte mit 10 beteiligten Enzymen.

Ablauf der Glykolyse:

1. Energieaufwendungsphase: Glucose wird unter ATP-Verbrauch aktiviert
2. Energiegewinnungsphase: Energie wird durch Phosphorylierung gewonnen

Example: Bei der Glykolyse wird ein Glucose-Molekül (C6) in zwei Pyruvat-Moleküle (C3) gespalten.

Die oxidative Decarboxylierung ist der Übergang zwischen Glykolyse und Citratzyklus:

1. Pyruvat wird in die Mitochondrienmatrix transportiert
2. CO2 wird abgespalten und Pyruvat oxidiert
3. Es entsteht Acetyl-CoA, das im Citratzyklus weiterverarbeitet wird

Vocabulary: Acetyl-CoA ist die aktivierte Form der Essigsäure und ein wichtiges Zwischenprodukt im Stoffwechsel.

Die oxidative Decarboxylierung von Pyruvat ist ein entscheidender Schritt, der die Glykolyse mit dem Citratzyklus verbindet und dabei Energie in Form von NADH+H+ freisetzt.

Citratzyklus und Energiebilanz

Der Citratzyklus, auch Zitronensäurezyklus oder Krebszyklus genannt, ist eine Reihe von energieliefernden Prozessen in der Mitochondrienmatrix.

Ablauf des Citratzyklus:

1. Acetyl-CoA reagiert mit Oxalessigsäure zu Zitronensäure (Citrat)
2. Schrittweise Abspaltung von CO2 und Bildung verschiedener Zwischenprodukte
3. Regeneration von Oxalessigsäure, wodurch der Zyklus geschlossen wird

Highlight: Bei jedem Durchlauf des Citratzyklus werden zwei CO2-Moleküle freigesetzt und wichtige Reduktionsäquivalente $NADH+H+ und FADH2$ gebildet.

Die Gesamtbilanz der Zellatmung für ein Glucose-Molekül:

• Glykolyse: 2 ATP, 2 NADH+H+
• Oxidative Decarboxylierung: 2 NADH+H+
• Citratzyklus: 2 ATP, 6 NADH+H+, 2 FADH2
• Atmungskette: 34 ATP (aus den Reduktionsäquivalenten)

Example: Die Zellatmung Ausgangsstoffe sind Glucose und Sauerstoff. Am Ende entstehen CO2, Wasser und 38 ATP-Moleküle als nutzbare Energie.

Die Zellatmung in den Mitochondrien ist ein hocheffizienter Prozess zur Energiegewinnung, der es Organismen ermöglicht, die in der Nahrung gespeicherte chemische Energie für Lebensvorgänge zu nutzen.

Zellatmung und Mitochondrien

Die Zellatmung für Kinder erklärt beginnt mit den Mitochondrien, den Kraftwerken der Zelle. Diese Organellen sind etwa so groß wie Bakterien und besonders häufig in energiehungrigen Zellen wie Muskelzellen zu finden.

Mitochondrien weisen eine komplexe Struktur auf:

• Doppelmembran mit Tunnelproteinen in der äußeren Membran
• Innere Membran mit vielen Einstülpungen zur Oberflächenvergrößerung
• Mitochondrienmatrix mit eigener DNA und Ribosomen

Der Atmungskreislauf verbindet Lunge, Blutgefäße und Zellen. In den Mitochondrien findet die eigentliche Zellatmung statt, bei der energiereiche Moleküle wie Glucose in energieärmere Stoffe umgewandelt werden.

Vocabulary: Reduktionsäquivalente sind Moleküle wie NAD+ und FAD, die Wasserstoffatome aufnehmen können und bei der Energieübertragung eine wichtige Rolle spielen.

Definition: ATP (Adenosintriphosphat) ist der universelle Energieträger in Zellen. Bei der Abspaltung einer Phosphatgruppe wird Energie frei.

Die Zellatmung Formel lässt sich vereinfacht darstellen als: Glucose + Sauerstoff → Kohlendioxid + Wasser + Energie (ATP)

Highlight: Die Energiebilanz der Zellatmung ergibt insgesamt 38 ATP-Moleküle pro Glucose-Molekül, wobei der Großteil in der Atmungskette gewonnen wird.