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Die Zellen in Ihrem Körper können Glukose abbauen oder metabolisieren, um die Energie zu erzeugen, die sie benötigen. Anstatt diese Energie lediglich als Wärme freizusetzen, speichern Zellen diese Energie jedoch in Form von Adenosintriphosphat oder ATP. ATP fungiert als eine Art Energiewährung, die in einer bequemen Form verfügbar ist, um den Bedarf der Zellen zu decken.
Chemische Gesamtgleichung
Da der Abbau von Glucose eine chemische Reaktion ist, kann sie mit der folgenden chemischen Gleichung beschrieben werden: C6H12O6 + 6 O2 -> 6 CO2 + 6 H2O, wobei für jedes Mol Glucose, das metabolisiert wird, 2870 Kilojoule Energie freigesetzt werden. Obwohl diese Gleichung den Gesamtprozess beschreibt, täuscht ihre Einfachheit, da sie alle Details darüber verbirgt, was wirklich vor sich geht. Glukose wird nicht in einem einzigen Schritt metabolisiert. Stattdessen baut die Zelle die Glukose in kleinen Schritten ab, von denen jeder Energie freisetzt. Die chemischen Gleichungen für diese erscheinen unten.
Glykolyse
Der erste Schritt im Glukosestoffwechsel ist die Glykolyse, ein zehnstufiger Prozess, bei dem ein Glukosemolekül lysiert oder in zwei Dreikohlenstoffzucker gespalten wird, die dann chemisch in zwei Pyruvatmoleküle umgewandelt werden. Die Nettogleichung für die Glykolyse lautet wie folgt: C 6 H 12 O 6 + 2 ADP + 2 i + 2 NAD + -> 2 Pyruvat + 2 ATP + 2 NADH, wobei C 6 H 12 O 6 Glucose ist, i eine Phosphatgruppe ist, NAD + und NADH Elektronenakzeptoren / -träger sind und ADP ist Adenosindiphosphat. Diese Gleichung gibt zwar das Gesamtbild wieder, verbirgt aber auch viele schmutzige Details. da die Glykolyse ein zehnstufiger Prozess ist, könnte jeder Schritt unter Verwendung einer separaten chemischen Gleichung beschrieben werden.
Zitronensäurezyklus
Der nächste Schritt im Glukosestoffwechsel ist der Zitronensäurezyklus (auch Krebszyklus oder Tricarbonsäurezyklus genannt). Jedes der beiden durch Glykolyse gebildeten Pyruvatmoleküle wird in eine Verbindung namens Acetyl-CoA umgewandelt. Die chemische Nettogleichung für den Zitronensäurezyklus kann wie folgt geschrieben werden: Acetyl-CoA + 3 NAD + + Q + BIP + i + 2 H2O -> CoA-SH + 3 NADH + 3 H + + QH2 + GTP + 2 CO2. Eine ausführlichere Beschreibung aller Schritte würde den Rahmen dieses Artikels sprengen. Grundsätzlich gibt der Zitronensäurezyklus jedoch Elektronen an zwei Elektronenträgermoleküle, NADH und FADH2, ab, die diese Elektronen dann an einen anderen Prozess abgeben können. Es produziert auch ein Molekül namens GTP, das ähnliche Funktionen wie ATP in der Zelle hat.
Oxidative Phosphorylierung
Im letzten großen Schritt des Glukosestoffwechsels geben die Elektronenträgermoleküle aus dem Zitronensäurezyklus (NADH und FADH2) ihre Elektronen an die Elektronentransportkette ab, eine Proteinkette, die in der Membran der Mitochondrien in Ihren Zellen eingebettet ist. Mitochondrien sind wichtige Strukturen, die eine Schlüsselrolle beim Glukosestoffwechsel und bei der Energieerzeugung spielen. Die Elektronentransportkette treibt einen Prozess an, der die Synthese von ATP aus ADP antreibt.
Auswirkungen
Die Gesamtergebnisse des Glukosestoffwechsels sind beeindruckend; Für jedes Glukosemolekül kann Ihre Zelle 38 ATP-Moleküle herstellen. Da für die ATP-Synthese 30,5 Kilojoule pro Mol benötigt werden, speichert Ihre Zelle erfolgreich 40 Prozent der Energie, die durch den Abbau von Glukose freigesetzt wird. Die restlichen 60 Prozent gehen als Wärme verloren; Diese Wärme hilft, Ihre Körpertemperatur zu halten. Während 40 Prozent wie eine niedrige Zahl klingen mögen, ist sie wesentlich effizienter als viele von Menschen entworfene Maschinen. Selbst die besten Autos können zum Beispiel nur ein Viertel der in Benzin gespeicherten Energie in Energie umwandeln, die das Auto bewegt.