Zellatmung ist der Prozess, bei dem die Zellen des Körpers Nahrung abbauen, um Energie zu gewinnen. Diese Glukose, die die Energie speichert, wird verwendet, um Adenosintriphosphat oder ATP zu produzieren, das wiederum die Zellen des Körpers mit Energie versorgt. Zellatmung ist daher die Produktion von ATP als zellulärer Brennstoff. Alle Pflanzen und Tiere führen Zellatmung durch, die für den Erhalt des Lebens unerlässlich ist. Zellatmung hat drei Hauptschritte, und jeder hat Unterschritte.
Glykolyse
- Der erste Schritt der Zellatmung ist die Glykolyse, bei der Glukose aus Nahrungskohlenhydraten abgebaut oder in Moleküle von Pyruvsäure gespalten wird. Energie aus Zuckern wie Fruktose wird in der Glykolyse gesammelt. Dieser Schritt findet im Zytoplasma der Zelle statt und benötigt keinen Sauerstoff: Er tritt sowohl bei aeroben (mit Sauerstoff) als auch bei anaeroben (ohne Sauerstoff) Reaktionen auf. Nachdem die Glukose durch verschiedene Enzyme abgebaut wurde, ist das Ergebnis Pyruvsäure oder Pyruvat sowie ein Gewinn von zwei ATP-Molekülen und zwei NADH-Molekülen. NADH ist Nicotinamidadenindinukleotid, ein energiereiches Molekül. Das Pyruvat bewegt sich dann zum nächsten Schritt.
Citratzyklus
- Der Citratzyklus ist eine komplexe Kette chemischer Reaktionen in der Zelle, die mehr Energie produziert. In diesem Zyklus (ein aerobes Verfahren) bewegt sich das Pyruvat vom Zytoplasma der Zelle (dem Teil der Zelle innerhalb der Membran) in das Mitochondrium, ein membrangebundenes Organell, das sich innerhalb der Zelle befindet. Wiederum gehen Enzyme an diesen Molekülen zu Werke. Ein Kohlenstoff- und zwei Sauerstoffatome werden aus jedem entfernt, und ein zweikohlensäurehaltiger Zucker wird produziert, genannt Acetyl-CoA oder Acetyl-Coenzym A. Dieser Zucker durchläuft wiederholt den Citratzyklus, bis er vollständig oxidiert ist. Das Ergebnis dieses Zyklus ist ein Gewinn von acht NADH-Molekülen, zwei FADH2-Molekülen, vier Kohlendioxidmolekülen und zwei weiteren ATP-Molekülen. NADH und FADH2 sind energieliefernde Moleküle, und FADH2 steht für Flavinadenindinukleotid.
Elektronentransportkette
- Der Großteil der bei der Zellatmung produzierten ATP-Energie entsteht in der Elektronentransportkette, die eine Sequenz von Proteinen ist, die sich im Mitochondrium befinden. Diese Proteien produzieren Wasser, indem sie Elektronen die Kette hinabreichen. Wenn der im Wasser enthaltene Wasserstoff die Kette entlanggeht, kommt er mit der Membran des Mitochondriums in Kontakt; diese Reibung produziert ATP. Dieser Schritt produziert etwa 34 ATP-Moleküle. Gleichzeitig wird etwas Energie in diesem Prozess verwendet, sodass der Nettogewinn an ATP bei der Zellatmung 36 ATP-Moleküle pro Glukosemolekül beträgt. Am Ende der Zellatmung gewinnt die Zelle also 36 ATP-Moleküle pro Glukosemolekül zur Energiegewinnung.
