am Puls Biologie 5, Schulbuch

56 Der Ablauf der Zellatmung Die Zellatmung besteht aus einer langen Abfolge von biochemischen Reaktionen, die teilweise im Zytoplasma der Zellen und teilweise in den Mito­ chondrien ablaufen. Einen Überblick über die beteiligten Schritte gibt dir Abbildung 18. Wir verfolgen den Abbau des energiereichen, organischen Moleküls Glukose (Traubenzucker), um zu verstehen, wie daraus Energie in den Zellen verfügbar gemacht werden kann. Die Zellatmung besteht aus mehreren Prozessen: der Glykolyse , die im Zytoplasma abläuft, dem Citratzyklus (auch genannt Krebszyklus 1 ), der in den Mitochondrien abläuft, und der Atmungs- kette, die ebenso in den Mitochondrien, den „Kraftwerken“ der Zelle, abläuft. Bei der Glykolyse wird Glukose oxidiert und in Pyruvat gespalten. Im nächsten Schritt wird Pyruvat in die Mito­ chondrien transportiert, oxidiert, aktiviert und schließlich in den Citratzyklus eingespeist. In den bisherigen Abbauschritten wurden CO 2 und Elektronen freigesetzt. Die freigewordenen Elektronen wurden aber sofort an Überträgermo- leküle (NADH, FADH 2 ) gebunden, und sie sind auf diese Weise zwischengespeichert. Im letzten Schritt der Zellatmung, in der Atmungskette, werden diese Elektronen nun genutzt: Durch die Übertragung der Elektronen an den Sauerstoff geschieht der Großteil der Energieumwandlung durch Aufbau von ATP . In den nächsten Abschnitten wirst du mehr zu den einzelnen Schritte der Zellatmung (Glykoly- se, Citratzyklus und Atmungskette) erfahren. Zuerst aber betrachten wir noch die gesamte Energiebilanz aller Schritte der Zellatmung. ½ O 2 H 2 O NADH e – e – NADH e – e – NADH e – e – FADH 2 e – e – ATP ATP CO 2 ATP ATP CO 2 + 12-mal 2 2 6 2 Acetylrest als Acetyl-CoA Citratzyklus Pyruvatoxidation Pyruvat Glykolyse Glucose Atmungskette 2 2 2 4 2 34 2 Summe C 6 H 12 O 6 + 6 O 2 6 CO 2 + 6 H 2 O + 38 24 e – + 2H + + 2H + + 2H + + 6 H + Abb.18: Energieumwandlung in der Zellatmung. Auch Glykolyse und Citratzyklus liefern Beiträge zur Energiefreisetzung. Der Großteil des ATP wird aber in der Atmungskette gewonnen. Reaktionen, bei de- nen Elektronen auf- genommen bzw. ab- gegeben werden nennt man Reduk- tion bzw. Oxidation Die Energiebilanz der Zellatmung Die Energie, die aus einem Molekül Glukose um- gewandelt werden kann, beträgt 38 Moleküle ATP . Die Summenformel und die einzelnen Bei- träge der Teilreaktionen der Zellatmung siehst du in in Abbildung 18. Von den 38 ATP-Molekülen stammen zwei aus der Glykolyse, zwei aus dem Citratzyklus (bei zwei Umläufen, da pro Glukose-Molekül zwei Moleküle Pyruvat entstehen). Die restlichen 34 ATP werden in der Atmungskette in den Mitochondrien erzeugt. Jedes gewonnene NADH ist also drei ATP wert. Jedes FADH 2 erbringt nur zwei ATP. Diese Bilanz gilt für alle pflanzlichen Zellen, aber nicht für alle tierischen Zellen. In manchen Zellen, wie zB in unseren Skelettmuskeln, werden nur 36 ATP Moleküle pro Molekül Glukose er- zeugt. Der Grund dafür ist, dass der Transport der bei der Glykolyse gewonnenen Elektronen in die Mitochondrien bei tierischen Zellen etwas an- ders funktioniert als bei Pflanzen. Pro Molekül Glucose werden in der Zellat- mung 38 Moleküle ATP gewonnen. Glossar 1 Hans A. Krebs: In Deutschland geborener britischer Biochemiker, 1900–1981. Er erforsch- te die Zellatmung und entdeckte den Krebs­ zyklus oder Citratzyklus, der nach ihm be- nannt ist. Für seine Forschungsarbeit wurde ihm 1953 der Nobelpreis verliehen. Nur zu Prüfzwecken – Eigentum des Verlags öbv