Zellatmung und deren Ort
Die Zellatmung ist ein biochemischer Prozess, der darauf abzielt, Energie aus den chemischen Bindungen in Nahrungsmolekülen freizusetzen, um sie für grundlegende Lebensprozesse bereitzustellen. Dieser Prozess findet in allen eukaryotischen Zellen statt, insbesondere in den Mitochondrien, die der Ort der meisten chemischen Reaktionen in der Zelle sind.
Mitochondrien
Mitochondrien sind Organellen in eukaryotischen Zellen und haben eine oval oder schlank geformte Struktur, deren Größe zwischen 0,5 und 10 Mikrometern variiert. Ihre Hauptfunktion besteht darin, Energie in Form von Adenosintriphosphat (ATP) zu produzieren. Darüber hinaus sind sie für die Speicherung von Calcium und die Wärmeproduktion verantwortlich. Mitochondrien sind in allen Körperzellen vorhanden, mit Ausnahme der roten Blutkörperchen. Diese Organellen besitzen zwei Membranen: die äußere Membran ist durchlässig für kleine Moleküle und verfügt über Kanäle für den Transport größerer Moleküle, während die innere Membran weniger durchlässig ist und nur den Durchgang kleiner Moleküle in die zentrale Matrix der Mitochondrien erlaubt, die sowohl Desoxyribonukleinsäure (DNA) als auch Zitronensäure enthält.
Phasen der Zellatmung
Der Prozess der Zellatmung in den Mitochondrien besteht aus vier integrierten Phasen. Dieser beginnt mit der Glykolyse und endet mit der Elektronenfreisetzung:
- Die Spaltung von Glukosemolekülen, wobei ein sechs Kohlenstoff beinhaltendes Zucker in zwei organische Moleküle mit drei Kohlenstoffen, bekannt als Pyruvat, umgewandelt wird.
- Die Oxidation aller während der Glykolyse entstandenen Pyruvate zu zwei Kohlenstoffmolekülen und deren Verbindung mit einem Enzym namens Acetyl. Dieser Prozess erzeugt in der inneren Kammer der Mitochondrien Kohlendioxid.
- Das resultierende Acetyl-Enzym aus der vorherigen Phase verbindet sich mit einem vier Kohlenstoff umfassenden Molekül und es finden zahlreiche Oxidationsreaktionen statt, durch die die Atome neu formiert werden – ein Prozess, der als Zitronensäurezyklus bekannt ist.
- Die oxidative Phosphorylierung ist die finale Phase der Zellatmung, in der die aus chemischen Reaktionen erzeugte Energie in nutzbare Energie umgewandelt wird, indem enzymatische Co-Faktoren oxidiert werden. Dabei werden hochenergetische Elektronen freigesetzt, die über Transporter nach außen zur Mitochondrienmembran zu Sauerstoff gelangen und Wasser erzeugen.