Zusammenfassung zur aeroben Atmung / Zellatmung

Nachdem die aufgenommenen Kohlenhydrate zu Glukose abgebaut wurden und über den Blutzucker in die Zellen gelangten, beginnt die aerobe Atmung beziehungsweise Zellatmung. Bei der aeroben Atmung wird i.d.R. D-Glucose unter Energiegewinnung in Form von ATP metabolisiert, wobei Sauerstoff als letztes Oxidationsmittel dient. Die einzelnen Prozesse werden hierbei von Enzymen katalysiert.

Prozesse der Zellatmung

Die Zellatmung besteht aus folgenden Prozessen:

1. Glykolyse
2. oxidative Decarboxylierung
3. Citratzyklus
4. Atmungskette

Glykolyse

Ort

Zytoplasma

Geschehen

Die Hexose Glucose wird zu 2 Molekülen des C3-Körpers Pyruvat abgebaut.

Zuerst wird die Glucose in der Energiegewinnungsphase zweimal phosphoryliert (eine Phosphatgruppe wird angelagert) und durch eine Isomerase umgewandelt. Zwei ATP werden verbraucht.

Die Hexose wird in zwei C3 Körper gespalten, dann beginnt die Energiegewinnungsphase. Pro C3 Körper entstehen bei der Reaktion zu Pyruvat 2 Moleküle ATP durch die Phosphorylierung von ADP und 1 NADH / H⁺ durch die Reduktion von NAD⁺.

Produkte

Energieinvestitionsphase	Energiegewinnungsphase	Weitere Produkte
2x ADP aus ATP	4x ATP aus ADP	2x Pyruvat

Energiebilanz

2 ATP

2 NADH/H⁺ 

Oxidative Decarboxylierung

Ort

Mitochondrienmatrix

Geschehen

Es entsteht aus Pyruvat Acetyl-Coa, indem CO₂ abgespalten wird und die erzeugte Energie genutzt wird, um das entstandene Acetat mit dem Coenzym A zu verbinden. Zudem wird 1 NADH/H+ pro Pyruvat Molekül aus NAD⁺ und 2 H Atomen gewonnen.

Produkte / Energiebilanz pro Glukosemolekül

Energieträger	weitere Produkte
2 NADH/H+	2x Acetyl Coa (auch aktivierte Essigsäure)

Citratzyklus

Ort

Mitochondrienmatrix

Geschehen

In einem zyklischen Vorgang werden erst Acetyl Coa und Oxalacetat zum namensgebenden Citrat verbunden. Danach wird das Citrat wieder zu Oxalacetat abgebaut. Hierbei entstehen:

2x CO₂ 

3x NADH/H⁺ aus NAD⁺

1x FADH₂ aus FAD

1x GTP aus GDP

Produkte / Energiebilanz pro Glukosemolekül

Energieträger	weitere Produkte
6x NADH/H+  2x FADH2	2x GTP (wird zu ATP umgewandelt)

 

Atmungskette

Ort

innere Mitochondrienmembran, Intermembranraum

Edukte

10 NADH/H⁺, 2 FADH₂

Geschehen

Aus dem NADH/H⁺ und dem FADH₂ wird in der Atmungskette Energie in Form von ATP gewonnen. Dies geschieht über vier Multienzymkomplexe und die ATP-Synthase in der inneren Mitochondrienmembran. Das NADH + H⁺ und das FADH₂ reduzieren jeweils einen Multienzymkomplex und werden unter Abgabe von zwei Elektronen und Protonen selbst zu NAD⁺ und FAD oxidiert. Der Multienzymkomplex gibt die in der Redoxreaktion erhaltenen Elektronen an den nächsten Multienzymkomplex weiter, wobei das Energieniveau der Elektronen sinkt und Energie frei wird. Durch die Energie werden Protonen in den Intermembranraum befördert. Am vierten Komplex werden die Elektronen auf ein Sauerstoffatom übertragen. Ein Anion entsteht, welches mit zwei Protonen zu Wasser reagiert. Im Intermembranraum ist die Protonenkonzentration höher. Der Protonengradient (elektrochemischer Gradient) führt zur Chemiosmose, die Protonen diffundieren durch die ATP-Synthase zurück und betreiben die Synthese von ca. 34 ATP pro Glucose Molekül. Aufgrund der Antreibung einer Phosphorylierung von ADP durch die Oxidation von NADH und FADH₂ spricht man von einer oxidativen Phosphorylierung. Bei der Reaktion von Sauerstoff und Wasserstoff wird sozusagen eine kontrollierte Knallgasreaktion durchgeführt.

Produkte pro Glukosemolekül

Energieträger	weitere Produkte
ca. 34 ATP	ca. 12 H2O

 

Energiebilanz insgesamt

Prozess	erzeugte ATP
Glykolyse	2x ATP
Citratzyklus	2x ATP
Atmungskette	ca. 34x ATP

Je nach Zellart variiert die Ausbeute je nach Effizienz der Transportvorgänge. Der Transport der NADH/H⁺ aus der Glykolyse vom Cytoplasma in das Mitochondrium kann unterschiedlich effizient sein:

Bei einem Glycerin-3-Phosphat-Shuttle ist die Ausbeute pro NADH/H⁺ aus der Glykolyse 1,5 ATP, bei Malat-Aspartat-Shuttles 2,5 ATP.

Bei einem Verlust von 2 ATP durch Transportvorgänge ergeben sich:

2 ATP + 2 ATP + 34 ATP - 2 ATP = 36 ATP