Zellatmung: Krebszyklus, Elektronentransport und Gärung

Der Prozess umfasst die vollständige Oxidation von Acetyl-CoA, das als Kohlendioxid ausgeschieden wird. Die bei den aufeinanderfolgenden Oxidationen gewonnenen e-/H+ werden verwendet, um Moleküle mit reduzierender Wirkung und chemische Energie in Form von GTP zu bilden. Diese Form der Energiegewinnung ist als Substratkettenphosphorylierung bekannt. Zusammenfassend lässt sich feststellen, dass der Krebszyklus wie folgt abläuft: Acetyl-CoA tritt in Oxalacetat ein, wodurch Citronensäure freigesetzt wird. Dann produziert eine Reihe von Reaktionen, die schließlich wieder Oxalacetat ergeben. Die wichtigsten Reaktionen dieser Reihenfolge sind zwei Decarboxylierungen und die Produktion von vier Dehydrierungen, drei mit NAD und die andere mit FAD, wodurch freie Energie in Form von GTP entsteht.

Elektronentransport (Atmungskette)

Der Elektronentransport (Atmungskette) entspricht der letzten Phase der Atmung, wenn die Elektronen aus den Molekülen, die eingeatmet werden, freigesetzt werden. Diese Elektronen werden auf NADH und FADH2 durch eine Reihe von Eisentransportern gespeichert, die sich in den mitochondrialen Cristae befinden und drei große Enzymkomplexe bilden. Die Anordnung der Förderbänder ermöglicht es Elektronen, von einem zum anderen zu "hüpfen", wodurch eine bestimmte Menge an Energie freigesetzt wird, die verwendet wird, um eine hochenergetische Verbindung zwischen ADP und P zu bilden, was zu einem ATP-Molekül führt. Der endgültige Elektronenakzeptor ist molekularer Sauerstoff, und eine weitere Folge ist die Bildung von Wasser. In der Atmungskette kann man beobachten: Von NADH generiertes CAD erzeugt 3 ATP und jedes FADH2 produziert 2 ATP.

Anaerobe Gärung

Die anaerobe Gärung besteht aus Energiereaktionen, die wesentlich zur Wiederbelebung von NAD in der Glykolyse verbraucht werden. Durch NADH2 treten Redoxreaktionen auf, die viel weniger ATP erzeugen als die aerobe Atmung. Der letzte Akzeptor von Elektronen-Protonen ist nicht Sauerstoff, sondern ein einfaches organisches Molekül.

Arten der Gärung

Es gibt zwei Arten der Gärung:

• Milchsäuregärung: Diese findet in vielen Organismen und Zellen höherer Organismen unter anaeroben Bedingungen statt, um Energie aus Laktose in der Milch zu gewinnen, die zuvor zu Glukose hydrolysiert wurde, welche nach der Glykolyse in Pyruvat umgewandelt wird (Lactobacillus bulgaris...). In der verarbeitenden Industrie werden Käse, Joghurt usw. hergestellt.
• Alkoholische Gärung: Bei Hefe und vielen anderen Anaerobiern wird Pyruvat decarboxyliert und produziert Acetaldehyd, das dann zu Ethanol reduziert wird. Der letzte Elektronenakzeptor ist Acetaldehyd.

Glykolyse

Phase 1: Phosphorylierung von Glukose und ihre Umwandlung in Glyceraldehyd-3-phosphat

1. Glukose wird zu Glukose-6-phosphat durch Hydrolyse eines ATP-Moleküls phosphoryliert (Kinase).
2. Glukose-6-phosphat isomerisiert zu Fructose-6-phosphat.
3. Fructose-6-phosphat wird zu Fructose-1,6-diphosphat durch ein anderes Molekül ATP phosphoryliert.
4. Fructose-1,6-bisphosphat wird in 2 Moleküle Glyceraldehyd-3-phosphat und Dihydroxyacetonphosphat gespalten (Brenzwert und Lyase).
5. Dihydroxyacetonphosphat wird in ein anderes Molekül Glyceraldehyd-3-phosphat umgewandelt.

Phase 2: Oxidation von Glyceraldehyd-3-phosphat zu Brenztraubensäure mit ATP- und NADH-Bildung

1. Säure-1,3-Diphosphoglycerat wird zu 3-Phosphoglycerinsäure desphosphoryliert, wobei ein ATP-Molekül entsteht (Oxidation und Dehydrogenase).
2. Eine Phosphorsäuregruppe wird von Kohlenstoff 3 auf Phosphoglycerinsäure 2 übertragen, wodurch Säure-2-Phosphoglycerat entsteht (Substratphosphorylierung und Kinase).
3. Bildung einer Doppelbindung in 2-Phosphoglycerinsäure, wodurch Phosphoenolpyruvat (PEP) und ein Wassermolekül entstehen (Isomerisierung und Isomerase).
4. Desphosphorylierung des Endprodukts PEP, wodurch Brenztraubensäure und ein ATP-Molekül entstehen (Brenzwert und Lyase).

Merkmal: Die Atmungskette ist nicht beteiligt, der Prozess verwendet keinen Sauerstoff, es ist ein anaerober Prozess. Der Akzeptor ist kein anorganisches Molekül, sondern ein organisches Molekül. Die ATP-Synthese erfolgt durch Substratphosphorylierung, nicht durch oxidative Phosphorylierung. Die Energieeffizienz ist gering. Die reduzierten Coenzyme, die zunächst gebildet wurden, werden am Ende der Prozesse der Gärung von Hefen und Bakterien verbraucht, auch wenn die Lactina im Muskelgewebe auftritt, wenn nicht genügend Sauerstoff vorhanden ist.