63 Zellstoffwechsel 2.4 Zellatmung Die Zellatmung ist der Prozess, der die chemische Energie zum Leben liefert Tiere nutzen den Abbau von Kohlenhydraten, Fetten und Proteinen aus ihrer Nahrung zur Energieumwandlung für die Aufrechterhaltung ihrer Lebensfunktionen. Pflanzen gewinnen die Stoffe, aus denen sie Energie beziehen, durch Fotosynthese. Aber auch sie müssen diese Stoffe schließlich wieder abbauen – genau wie Tiere –, um daraus Energie freisetzen zu können. Die Zellatmung ist eine Form des abbauenden Stoffwechsels, bei dem Sauerstoff nötig ist, und organische Stoffe vollständig in anorganische zerlegt werden. Die enthaltene Energie wird verfügbar gemacht, indem sie in Form von ATP gespeichert wird. Damit steht sie für alle Vorgänge des Organismus, die energieaufwändig sind, zur Verfügung. Die zentrale Reaktion, mit der in der Zellatmung Energie freigesetzt wird, ist die Vereinigung von Wasserstoff und Sauerstoff zu Wasser. Im Körper geschieht dies als kontrollierte Version dieser Knallgasreaktion. Bei dieser Reaktion kann im Chemielabor bereits ein Funke eine Mischung aus H2 und O2 reagieren lassen. Der laute Knall und die Erwärmung des Reaktionsgefäßes sind Hinweise auf die dabei umgesetzte hohe Energie. Dabei gibt der Wasserstoff Elektronen an den Sauerstoff ab. Das Produkt, Wasser, ist ein stabiles, energiearmes Molekül. Die Knallgasreaktion wäre für einen Organismus gefährlich, weil die dabei freiwerdende Energie unkontrolliert wäre. Deshalb muss freiwerdender Wasserstoff in einem Organismus immer an ein Überträgermolekül gebunden werden. Ein solcher Transporter ist das Coenzym NAD+1. Es kann die Elektronen, e–, vom Wasserstoff sowie ein Proton, H+, übernehmen und wird dadurch zu NADPH. Das weitere H+ bleibt frei in der Lösung (kAbb. 24). NADH überträgt die Elektronen auf einen anderen Reaktionspartner. Die Zellatmung ist also gewissermaßen eine gebändigte Version der Knallgasreaktion, bei der die Energie schrittweise frei wird. 1 NAD+/NADH: Nikotinamid-Adenin-Dinukleotid; Coenzym, das ein H–-Ion (zwei Elektronen und ein Proton) überträgt Bei der Zellatmung wird durch Abbau von organischen Stoffen Energie bereitgestellt Stoff- und Energieumwandlung In der Zellatmung wird aus organischen Stoffen Energie freigesetzt. Abb. 24: NAD+ ist ein Elektronentransporter. Meist werden Elektronen zusammen mit Protonen als Wasserstoff transportiert. N+ NH2 C H O O HO HO CH2 CH2 H H OH OH N NH2 C + + + 2H – 2H Reduktion Oxidation H+ H+ H H NAD+ O O NADH e– e– Symbol: oxidierte Form Symbol: reduzierte Form Protonen liegen frei in Lösung vor. An Biosynthesen wie in der Fotosynthese ist statt NAD+ das Molekül NADP+ beteiligt. Im NADP+ ist dieser Wasserstoff durch eine Phosphatgruppe ersetzt. H steht hier für ein einzelnes Wasserstoffatom. Formal entsteht es durch Vereinigung eines Protons (H+) mit einem Elektron (e–). Nur zu Prüfzwecken – Eigentum des Verlags öbv
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