Zellatmung: Energie aus Glucose
Du lernst die Zellatmung als Gegenstück zur Fotosynthese kennen, verfolgst ihre Teilschritte bis zum ATP und vergleichst sie mit der Gärung.
Die Grundlagen
Alle Lebewesen brauchen Energie. Sie gewinnen sie, indem sie energiereiche Stoffe wie Glucose abbauen. Bei der Zellatmung geschieht das mit Hilfe von Sauerstoff in den Mitochondrien.
Die Gesamtgleichung
C₆H₁₂O₆ + 6 O₂ → 6 CO₂ + 6 H₂O (Energie wird frei)
Sie ist die Umkehrung der Fotosynthese. Die freiwerdende Energie wird in Form von ATP (Adenosintriphosphat) gespeichert, dem universellen Energieträger der Zelle. ATP liefert Energie für Muskelarbeit, Transport, Aufbau von Stoffen und vieles mehr.
Die Teilschritte
- Glykolyse (im Zellplasma): Glucose (6 C-Atome) wird in zwei Moleküle Pyruvat (je 3 C-Atome) gespalten. Dabei entstehen 2 ATP und energiereiche Wasserstoffträger (NADH).
- Oxidative Decarboxylierung (in den Mitochondrien): Pyruvat wird zu einem aktivierten C₂-Körper (Acetyl-CoA) umgewandelt. Kohlenstoffdioxid wird abgespalten.
- Citratzyklus (in der Mitochondrienmatrix): Die C₂-Körper werden vollständig zu CO₂ abgebaut. Es entstehen weitere Wasserstoffträger (NADH, FADH₂) und wenig ATP.
- Atmungskette (an der inneren Mitochondrienmembran): Die Wasserstoffträger geben Elektronen ab, die über eine Kette von Proteinen zum Sauerstoff wandern. Dabei werden Protonen über die Membran gepumpt. Ihr Rückstrom treibt die ATP-Synthase an. Der Sauerstoff wird mit den Protonen zu Wasser.
Insgesamt entstehen pro Glucosemolekül etwa 30 bis 32 ATP (in älteren Lehrbüchern wird oft 36 bis 38 angegeben, die Werte unterscheiden sich je nach Berechnungsweise). Der größte Teil stammt aus der Atmungskette.
Gärung
Steht kein Sauerstoff zur Verfügung, können manche Zellen Glucose nur über die Glykolyse abbauen. Damit die Glykolyse weiterläuft, wird das Pyruvat weiter umgewandelt:
- Milchsäuregärung: Pyruvat wird zu Milchsäure (Lactat). Das passiert in Muskelzellen bei starker Anstrengung und in Bakterien bei der Joghurtherstellung.
- Alkoholische Gärung: Hefezellen bilden Ethanol und CO₂ (Brot, Bier, Wein).
Die Gärung liefert nur 2 ATP pro Glucose, also viel weniger als die Zellatmung.
Merksatz
Zellatmung: C₆H₁₂O₆ + 6 O₂ → 6 CO₂ + 6 H₂O, Energie wird als ATP gespeichert. Schritte: Glykolyse (Zellplasma), oxidative Decarboxylierung und Citratzyklus (Mitochondrienmatrix), Atmungskette (innere Membran, meiste ATP). Gärung ohne Sauerstoff liefert nur 2 ATP.
Beispiele
Beispiel 1
- Muskeln brauchen mehr ATP und damit mehr Zellatmung.
- Dafür wird mehr Sauerstoff benötigt, und es entsteht mehr CO₂.
Ergebnis Schnelleres Atmen liefert mehr Sauerstoff und entfernt das zusätzliche Kohlenstoffdioxid.
Beispiel 2
- Zellatmung: 32 ATP, Gärung: 2 ATP
- 32 : 2 = 16
Ergebnis etwa 16-mal so viel
Aufgaben zum Üben
Wo findet die Glykolyse statt?
Lösung anzeigen
Im Zellplasma.
Wozu wird in der Atmungskette Sauerstoff gebraucht?
Lösung anzeigen
Er nimmt am Ende der Kette die Elektronen auf und wird mit Protonen zu Wasser.
Welche Produkte entstehen bei der alkoholischen Gärung?
Lösung anzeigen
Ethanol und Kohlenstoffdioxid.
Fehler, die Punkte kosten
Zellatmung wird mit der Lungenatmung gleichgesetzt.
Die Lungenatmung ist der Gasaustausch, die Zellatmung der Abbau von Glucose in den Zellen.
Es wird angenommen, dass Pflanzen keine Zellatmung betreiben.
Auch Pflanzen betreiben Zellatmung, rund um die Uhr.
Hinweis zur Klassenstufe
In welcher Klasse genau dieses Thema drankommt, unterscheidet sich zwischen den Ländern. Klasse 12 ist der häufigste Zeitpunkt.