Was ist Atmung? Grundlagen der Zellatmung und Energie
Was ist Atmung?
Die Atmung ist ein physiologischer Prozess von grundlegender Bedeutung für das Leben in aeroben Organismen.
Die gesamte chemische Reaktion der Atmung lautet:
C6H12O6 + 6O2 → 6CO2 + 6H2O + Energie (ATP)
Aerobe Atmung
Die aerobe Atmung ist eine Art des Energiestoffwechsels, bei dem lebende Organismen Energie aus organischen Molekülen wie Glucose gewinnen. Dies geschieht durch einen komplexen Prozess, in dem Kohlenstoff oxidiert wird und Sauerstoff aus der Luft als Oxidationsmittel dient.
C6H12O6 + 6O2 → 6CO2 + 6H2O + Energie (ATP)
Anaerobe Atmung
Die anaerobe Atmung ist ein biologischer Prozess zur Reduktion von Zuckern und anderen Verbindungen, bei dem der terminale Elektronenakzeptor ein anorganisches Molekül (seltener ein organisches Molekül) und nicht Sauerstoff ist. Dieser Prozess wird ausschließlich von einigen Gruppen von Bakterien genutzt, die eine Elektronen-Transportkette verwenden, welche der in den Mitochondrien bei der aeroben Atmung ähnelt.
4H2 + CO2 → CH4 + 2H2O
Photophosphorylierung
Die Photophosphorylierung ist ein Prozess der Lichtphase der Photosynthese. Dabei wird die freigesetzte Energie für den Transport von Elektronen genutzt, um Protonen aus dem Stroma in das Thylakoid zu pumpen. Dies erzeugt einen elektrochemischen Gradienten, der durch den Ausstrom der Protonen aus dem Thylakoid in das Stroma durch die ATP-Synthase abgebaut wird. Die Energie wird genutzt, um ADP zu ATP zu phosphorylieren. Die erforderliche Energie wird durch Licht bereitgestellt, das von photosynthetischen Pigmenten eingefangen wird.
Arten der Photophosphorylierung
- Nicht-zyklische Photophosphorylierung: Beide Photosysteme (I und II) sind beteiligt. Der Elektronenfluss ist nicht zyklisch, wodurch sowohl NADPH als auch ATP synthetisiert werden.
- Zyklische Photophosphorylierung: Nur das Photosystem I ist beteiligt. Es werden Wasserstoffionen in den Thylakoidraum gepumpt, um einen elektrochemischen Gradienten und damit die ATP-Synthese zu erzeugen, ohne dass NADPH gebildet wird.
Das Photosystem
Ein Photosystem ist die kleinste funktionelle Einheit für die Durchführung der Photosynthese. Es ist eine Reaktionseinheit, die sich in der Thylakoidmembran befindet. Hier wird Lichtenergie empfangen und entlang einer Kette von Reaktionen in chemische Energie umgewandelt.
ATP als Energieträger der Zelle
ATP dient der Speicherung von chemischer Energie in den Zellen. Man nennt es die „universelle Energiewährung“, da es an allen Energie-Transaktionen in den Zellen beteiligt ist.
ATP besteht aus der organischen Base Adenin, einem Zucker mit 5 C-Atomen (Ribose) und drei Phosphatgruppen. Die Bindungen zwischen den Phosphatgruppen enthalten energiereiche Bindungen; bei deren Spaltung wird die gespeicherte Energie freigesetzt.