Zellatmung: Die Energiequelle des Lebens

Wenn Sie das Wort „Atmung“ hören, denken Sie an das Atmen. Diese Funktion verbinden die meisten Menschen nicht mit Zellen, jenen mikroskopischen Bausteinen, die jedes Lebewesen ausmachen. So wie Tiere, einschließlich Menschen, Sauerstoff aufnehmen müssen, um zu leben, müssen einzelne Zellen die Energie produzieren, die sie für eine ordnungsgemäße Funktion benötigen.

Definition

Energie muss irgendwoher kommen. Zellen beziehen ihre Energie, indem sie Zucker und andere Verbindungen aufspalten und dabei die für ihre Arbeit benötigte Energie freisetzen. Dieser Prozess, Zellatmung genannt, findet in Teilen der Zelle statt, die Mitochondrien genannt werden.

Der Prozess

Tiere atmen Sauerstoff ein. Einige dieser Moleküle gelangen in die Mitochondrien und werden zusammen mit den über die Nahrung aufgenommenen Zuckern von der Zelle verwendet, um unter anderem Kohlendioxid und Wasser zu produzieren. Der ganze Sinn der Zellatmung besteht darin, die chemische Energie aus der Nahrung zu nehmen und sie in den chemischen Bindungen von ATP (Adenosintriphosphat) zu speichern. Das produzierte Kohlendioxid gelangt zu den Lungen, wo das Tier es beim Ausatmen ausstößt.

Arten der Zellatmung

Die aerobe Zellatmung erfordert die Verwendung von Sauerstoff und ist die Art und Weise, wie eine Zelle ATP herstellt. Die Rolle des Sauerstoffs ist wichtig, weil Sauerstoff, wenn er mit Wasserstoffionen kombiniert wird, Wasser bildet, was verhindert, dass sich Elektronen im Elektronentransportsystem ansammeln, das die Elektronen zwischen den Zellmembranen bewegt. Die anaerobe Atmung benötigt keinen Sauerstoff. Eine Form dieser Atmungsart ist die Gärung, ein Prozess, der Elektronen und Wasserstoffionen an andere Moleküle spendet. Ein Ort, an dem dies hilfreich ist, sind bestimmte Arten von Muskelzellen, die bei Gebrauch wenig Sauerstoff haben (wie „schnelle zuckende Muskeln“, die beim Laufen verwendet werden). Die Gärung ermöglicht es diesen Zellen, benötigtes ATP ohne Sauerstoff zu produzieren.

Wenn etwas schiefgeht

Manchmal versagen die Mitochondrien, und wenn dies geschieht, werden die Zellen der Energie beraubt, die sie zum Überleben benötigen. Sie beginnen abzusterben, und das Ergebnis kann das Versagen ganzer Körpersysteme sein. Einige der bekannten Mitochondrien-Mängel umfassen Alpers-Krankheit, eine seltene genetische Störung, die zu einem Abbau der grauen Substanz im Gehirn führt; Barth-Syndrom, eine genetische Störung, die von Müttern auf Söhne weitergegeben wird und schwache Herzmuskeln, Wachstumsverzögerungen und eine Verringerung einer Art weißer Blutkörperchen verursachen kann, die Infektionen bekämpft; und Luft-Krankheit, ein sehr seltener Zustand, der den Stoffwechsel im Überdrehen laufen lässt. Menschen mit dieser Krankheit können gierig essen und dennoch dünn bleiben oder sogar bei kaltem Wetter schwitzen, weil die überschüssige Energie, die die Mitochondrien produzieren, in Wärme umgewandelt wird.

Die Mitochondrien gesund halten

Eine Möglichkeit, eine gesunde Mitochondrienfunktion zu gewährleisten, ist die Ergänzung der Ernährung mit Antioxidantien und das Essen von weniger Kalorien. Wissenschaftler vermuten, dass die Mitochondrien durch die Reduzierung der von ihnen verbrauchten Sauerstoffmenge weniger schädliche Oxidantien produzieren. Dies kann dazu beitragen, dass Zellen länger leben.