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Zellatmung ist die Summe der verschiedenen biochemischen Mittel, mit denen eukaryotische Organismen extrahieren Energie von Lebensmitteln, speziell Glucose Moleküle.
Der Prozess der Zellatmung umfasst vier grundlegende Phasen oder Schritte: Glykolyse, der in allen Organismen vorkommt, prokaryotisch und eukaryotisch; das Brückenreaktion, die die Bühne für die aerobe Atmung immer; und das Krebs Zyklus und das Elektronentransportkette, sauerstoffabhängige Pfade, die nacheinander in den Mitochondrien auftreten.
Die Schritte der Zellatmung laufen nicht mit derselben Geschwindigkeit ab, und derselbe Satz von Reaktionen kann zu unterschiedlichen Zeiten in demselben Organismus mit unterschiedlicher Geschwindigkeit ablaufen. Beispielsweise ist zu erwarten, dass die Glykolyse-Rate in Muskelzellen während der Intensivphase stark ansteigt anaerob Übung, die eine "Sauerstoffverschuldung" mit sich bringt, aber die Schritte der aeroben Atmung beschleunigen sich nicht nennenswert, es sei denn, Übung wird mit einer aeroben "pay-as-you-go" -Intensitätsstufe durchgeführt.
Zellatmungsgleichung
Die vollständige Zellatmungsformel sieht von Quelle zu Quelle leicht unterschiedlich aus, je nachdem, was die Autoren als aussagekräftige Reaktanten und Produkte auswählen. Beispielsweise lassen viele Quellen die Elektronenträger NAD aus+/ NADH und FAD2+/ FADH2 aus der biochemischen Bilanz.
Insgesamt wird das Sechs-Kohlenstoff-Zuckermolekül Glucose in Gegenwart von Sauerstoff in Kohlendioxid und Wasser umgewandelt, um 36 bis 38 Moleküle ATP (Adenosintriphosphat, die naturweite "Energiewährung" von Zellen) zu ergeben. Diese chemische Gleichung wird durch die folgende Gleichung dargestellt:
C6H12O6 + 6 O2 → 6 CO2 + 12 h2O + 36 ATP
Glykolyse
Die erste Stufe der Zellatmung ist GlykolyseDies ist ein Satz von zehn Reaktionen, die keinen Sauerstoff benötigen und daher in jeder lebenden Zelle stattfinden. Prokaryoten (aus den Domänen Bacteria and the Archaea, früher "Archaebacteria" genannt) verwenden fast ausschließlich Glykolyse, während Eukaryoten (Tiere, Pilze, Protisten und Pflanzen) es hauptsächlich als Tischdekoration für die energetisch lukrativeren Reaktionen der aeroben Atmung verwenden.
Die Glykolyse findet im Zytoplasma statt. In der "Investitionsphase" des Prozesses werden zwei ATP verbraucht, da dem Glucosederivat zwei Phosphate zugesetzt werden, bevor es in zwei Verbindungen mit drei Kohlenstoffatomen aufgeteilt wird. Diese werden in zwei Moleküle umgewandelt Pyruvat, 2 NADH und vier ATP für a Nettogewinn von zwei ATP.
Die Brückenreaktion
Die zweite Stufe der Zellatmung, die Übergang oder Brückenreaktion, bekommt weniger Aufmerksamkeit als der Rest der Zellatmung. Wie der Name schon sagt, wäre es ohne Glykolyse nicht möglich, zu den aeroben Reaktionen zu gelangen.
Bei dieser Reaktion, die in den Mitochondrien stattfindet, werden die beiden Pyruvatmoleküle aus der Glykolyse mit zwei Molekülen CO in zwei Moleküle Acetyl-Coenzym A (Acetyl-CoA) umgewandelt2 als Stoffwechselabfall anfallen. Es wird kein ATP erzeugt.
Der Krebs-Zyklus
Der Krebszyklus erzeugt nicht viel Energie (zwei ATP), aber durch Kombinieren des Zweikohlenstoffmoleküls Acetyl CoA mit dem Vierkohlenstoffmolekül Oxaloacetat und Kreisen des resultierenden Produkts durch eine Reihe von Übergängen, die das Molekül zurück zu Oxaloacetat trimmen, erzeugt es acht NADH und zwei FADH2ein weiterer Elektronenträger (vier NADH und ein FADH)2 pro Glucosemolekül, das bei Glykolyse in die Zellatmung eintritt).
Diese Moleküle werden für die Elektronentransportkette benötigt und im Verlauf ihrer Synthese vier weitere CO2 Moleküle werden als Abfall aus der Zelle geschüttet.
Die Elektronentransportkette
Das vierte und letzte Stadium der Zellatmung ist das Stadium, in dem die "Schöpfung" der Hauptenergie erfolgt. Die Elektronen werden von NADH und FADH getragen2 werden von Enzymen in der Mitochondrienmembran von diesen Molekülen abgezogen und dazu verwendet, einen Prozess anzutreiben, der als oxidative Phosphorylierung bezeichnet wird, wobei ein elektrochemischer Gradient, der durch die Freisetzung der zuvor genannten Elektronen angetrieben wird, die Addition von Phosphatmolekülen an ADP zur Erzeugung von ATP antreibt.
Sauerstoff ist für diesen Schritt erforderlich, da es der letzte Elektronenakzeptor in der Kette ist. Dies schafft H2O, also ist dieser Schritt, wo das Wasser in der Zellatmungsgleichung herkommt.
Insgesamt werden in diesem Schritt 32 bis 34 ATP-Moleküle erzeugt, je nachdem, wie die Energieausbeute summiert wird. Somit Zellatmung ergibt insgesamt 36 bis 38 ATP: 2 + 2 + (32 oder 34).