Was macht die Zellatmung? - ein Überblick

Die Zellatmung gehört zur Dissimilation. Die Dissimilation ist der Gegenpart zur Assimilation (Abb. 1). Hier laufen abbauende Stoffwechselprozesse ab. Zum Beispiel werden Nährstoffe wie Kohlenhydrate und Fette abgebaut, um dadurch Energie zu gewinnen (z.B. für Bewegungen). Hier unterscheidet man die Zellatmung (aerobe = mit Sauerstoff) sowie die Gärung (anaerobe = ohne Sauerstoff).

 

Abb.1: Die Dissimilation (Quelle: fehertamas.com)
Abb.1: Die Dissimilation (Quelle: fehertamas.com)

 

Die Zellatmung oder auch innere Atmung beschreibt die Stoffwechselabläufe, die der Energiegewinnung der Zellen dienen.

Zellen benötigen Energie zum Überleben. Diese Energie muss dabei in Form von sogeanntem ATP (Adenosintriphosphat) vorliegen. Es handelt sich hierbei sozusagen um die universelle "Energiewährung" des Körpers. ATP kann im Cytoplasma der Zelle mithilfe von Traubenzucker (Glucose) hergestellt werden. Die Ausbeute an ATP ist dabei allerdings sehr gering, da die Glucose während dieses Vorgangs nur unvollständig zu Milchsäure (Lactat) abgebaut wird. Diese Reaktion nennt sich anaerobe Glycolyse, d. h. sie kann komplett ohne Sauerstoff stattfinden.

Höherer Organismen, sog. Eukaryoten (Tiere, Pflanzen und Pilze) können die Glucose zusätzlich auch noch vollständig abbauen. Dazu besitzen eukaryotische Zellen spezielle Zellorganellen: Die Mitochondrien. Damit diese den Zucker vollständig zu Kohlenstoffdioxid (CO2) abbauen und dabei ca. 15 mal mehr ATP pro Glucose generieren können, benötigen sie aber zusätzlich Sauerstoff (O2). Daher spricht man hier von der aeroben Glycolyse. Der Grund, warum also Menschen atmen müssen, besteht darin, dass die aerobe Glycolyse aufrecht erhalten werden muss, um genügend Energie zum Überleben bereit zu stellen.

Genauer Vorgang:
In den Mitochondrien werden die Ausgangsprodukte der Glucose im sogenannten Citrat-Zyklus zu CO2 abgebaut. Dieser Vorgang nennt sich Oxidation. Dabei werden energiereiche Bindungen im Zuckermolekül geöffnet und die Energie in Form von Elektronen freigesetzt. Diese Elektronen werden aber nicht einfach freigegeben, sondern in einer Art Zwischenspeicher,
(u.a.) dem sogeannten NADH , aufgenommen.

Das NADH transportiert die Elektronen nun zur Atmungskette, die an der Mitochondrienwand lokalisiert ist. Hier werden die Elektronen zusammen mit Protonen auf besagten Sauerstoff übertragen, der zu Wasser reagiert (biologische Knallgasreaktion). Während dieser Reaktion wird erneut viel Energie frei, mit deren Hilfe ATP in großen Mengen regeneriert werden kann.

Also Nochmal: Glucose wird im Citrat-Zyklus zu CO2 abgebaut und überträgt dabei auf Umwegen Elektronen zur Atmungskette. Dort wird Sauerstoff zu Wasser (H2O) verstoffwechselt und schließlich ATP gebildet.
Interessant ist dabei, dass der eingeatmete Sauerstoff nicht zum ausgeatmeten Kohlendioxid wird. Ersterer wird zu Wasser, während letzterer aus Glucose entsteht. Also dem, was du täglich als Bestandteil der Nahrung zu dir nimmst.

 

Die Zellatmung gliedert sich insgesamt in drei Teilschritte (Abb. 2):
  • die Glykolyse
  • den Citratzyklus  
  • und die Endoxidation in der  Atmungskette
Abb.2: Teilschritte der Zellatmung (© Katharina Scheuermann)
Abb.2: Teilschritte der Zellatmung (© Katharina Scheuermann)

 

Der Energiegewinn durch die Zellatmung ist für uns überlebenswichtig! Denn ohne Nahrung könnten wir viele Wochen überleben, ohne Wasser nur wenige Tage, ohne Sauerstoff wenige Minuten, aber ohne ATP nur wenige Sekunden.

 

Eine Muskelzelle setzt ihren gesamten ATP-Vorrat in einer Minute um. Das bedeutet, dass pro Sekunde und Zelle 10 Millionen ATP-Moleküle verbraucht, aber auch wieder regeneriert werden. Ein Mensch setzt so täglich circa sein eigenes Körpergewicht an ATP um (Bsp. 70 kg ATP = 8000 kJ/Tag). Im Leistungssport kurzzeitig sogar bis zu 200 kg ATP. Ohne diese Fähigkeit wären körperliche Energieleistungen, wie die 100m in 9,58 Sekunden zu laufen, undenkbar.