Glukosestoffwechsel: Wie der Körper ATP-Energie erzeugt

Energie, die in den chemischen Bindungen der Kohlenhydrat-, Fett- und Proteinmoleküle in Lebensmitteln gespeichert ist. Der Verdauungsprozess spaltet Kohlenhydratmoleküle in Glukosemoleküle auf. Glukose dient als Hauptenergiequelle Ihres Körpers, da sie effizienter in nutzbare Energie umgewandelt werden kann als Fett oder Protein. Die einzige Energieart, die die Zellen Ihres Körpers nutzen können, ist der Adenosintriphosphat-Molekül (ATP). ATP besteht aus einem Adenosinmolekül und drei anorganischen Phosphaten. Adenosindiphosphat (ADP) ist ein Ester von Adenosin, der zwei Phosphate enthält und zur Herstellung von ATP verwendet wird. Der Prozess des Glukosestoffwechsels zur ATP-Erzeugung wird zelluläre Atmung genannt. Es gibt drei Hauptschritte in diesem Prozess.

Übersicht

• Energie, die in den chemischen Bindungen der Kohlenhydrat-, Fett- und Proteinmoleküle in Lebensmitteln gespeichert ist. Der Verdauungsprozess spaltet Kohlenhydratmoleküle in Glukosemoleküle auf. Glukose dient als Hauptenergiequelle Ihres Körpers, da sie effizienter in nutzbare Energie umgewandelt werden kann als Fett oder Protein. Die einzige Energieart, die die Zellen Ihres Körpers nutzen können, ist der Adenosintriphosphat-Molekül (ATP). ATP besteht aus einem Adenosinmolekül und drei anorganischen Phosphaten. Adenosindiphosphat (ADP) ist ein Ester von Adenosin, der zwei Phosphate enthält und zur Herstellung von ATP verwendet wird. Der Prozess des Glukosestoffwechsels zur ATP-Erzeugung wird zelluläre Atmung genannt. Es gibt drei Hauptschritte in diesem Prozess.

Glykolyse-Stufe

• Diese erste Stufe der zellulären Atmung findet im Zytoplasma Ihrer Zelle statt. Im Verlauf dieser Stufe interagieren Dehydrogenase-Enzyme mit dem Glukosemolekül. Diese Interaktion oxidiert das Molekül, was bedeutet, dass es ihm einige seiner Elektronen sowie ein Wasserstoffion entzieht. Zwei Elektronen und ein Proton werden an ein Coenzym namens NAD+ übergeben. Die Kombination von NAD+ mit diesen zusätzlichen Elektronen und Protonen bildet das NADH-Molekül. Die Endprodukte der Glykolyse sind NADH, zwei Pyruvatmoleküle und zwei ATP-Moleküle für jedes einzelne Glukosemolekül, das aufgespalten wird.

Citratsäure-(Krebs-)Zyklus-Stufe

• Die einzigen Produkte der Glykolyse-Stufe, die in den Citratsäurezyklus übergehen, sind die Pyruvatmoleküle. Der Citratsäurezyklus findet in den Mitochondrien der Zelle statt und findet nur statt, wenn Sauerstoff vorhanden ist. Wenn die Pyruvatmoleküle in die Mitochondrien der Zelle eindringen, wird Kohlendioxid freigesetzt, wodurch die Pyruvatmoleküle verändert werden. Enzyme interagieren mit diesen veränderten Pyruvatmolekülen und oxidieren sie. Wieder werden diese Elektronen und Protonen an Coenzyme übertragen, wodurch NADH- und FADH2-Moleküle gebildet werden. Der abgeschlossene Citratsäurezyklus produziert Kohlendioxid, NADH-Moleküle, FADH2-Moleküle und zwei ATP-Moleküle.

Oxidative Phosphorylierung-Stufe

• Die energiereichen NADH- und FADH2-Moleküle, die in den Glykolyse- und Citratsäurezyklus-Stufen gebildet wurden, gehen in die Stufe der oxidativen Phosphorylierung über. Diese Stufe findet ebenfalls in den Mitochondrien der Zelle statt. Dabei werden die Elektronen in den NADH- und FADH2-Molekülen zu einem Teil dessen, was als „Elektronentransportkette“ bekannt ist. Während die von diesen Molekülen freigesetzten Elektronen sich von der Spitze der Kette zur Unterseite der Kette bewegen, von Molekül zu Molekül, erzeugt die Kette von Elektronentransfers eine Art von Energie, die verwendet wird, um ATP zu synthetisieren. Das Endergebnis der oxidativen Phosphorylierung, der Elektronentransportkette, produziert die Hauptladung von 34 ATP-Molekülen für jedes verbrauchte Glukosemolekül.

Schlussfolgerung

• Das ATP, das während der Glykolyse und des Citratsäurezyklus gebildet wird, entsteht als Ergebnis davon, dass ein Enzym eine Phosphatgruppe an ADP übergibt. Die Kombination dieser Phosphatgruppe mit ADP erzeugt ATP.

  Während der Stufe der oxidativen Phosphorylierung werden ATP-Moleküle aus der Energie synthetisiert, die während des Elektronentransfers freigesetzt wird. Die Elektronentransportkette erzeugt nicht direkt ATP. Vielmehr erzeugt sie eine Energie, die drei katalytische Stellen in den Mitochondrien der Zelle aktiviert, die es ADP ermöglichen, sich mit einer Phosphatgruppe zu verbinden, um ATP zu produzieren. Glukose ist der Brennstoff, der all diese Reaktionen antreibt.