Warum ist Sauerstoff bei der Zellatmung wichtig?

ellatmung ist der Prozess mit dem Zellen die in Kohlenhydraten Fetten und Proteinen gespeicherte Energie abrufen. Glukose und andere Moleküle werden abgebaut und aus der freigesetzten Energie wird ein weiteres Molekül namens Adenosintriphosphat (ATP) hergestellt die "Energiewährung" der Zelle. Während unsere Zellen mithilfe der Fermentation ATP ohne Sauerstoff herstellen können ist die Zellatmung weitaus effizienter - so dass Menschen und die meisten anderen Tiere schnell sterben wenn ihnen Sauerstoff entzogen wird.

Funktionsweise der Zellatmung

Die Zellatmung beginnt mit der Glykolyse bei der ein Glukosemolekül im Zytoplasma der Zelle gespalten wird. Die wichtigsten Schritte in der Zellatmung finden jedoch in den Mitochondrien statt den Kraftwerken der Zelle in denen Elektronen eine Reihe von in die Membran eingebetteten Proteinen passieren die als Elektronentransportkette bezeichnet werden. Jedes Protein verwendet einen Teil der Energie aus dieser Übertragung um Wasserstoffionen in den Raum zwischen der inneren und der äußeren Membran des Mitochondriums zu pumpen. Durch die Konzentration von Wasserstoffionen in diesem Raum erzeugt das Mitchondrion einen Gradienten mit dem ATP erzeugt werden kann wie wenn Wasser bergauf gepumpt wird um eine Turbine anzutreiben. Das ATP wird dann anderen Prozessen in der Zelle zur Energiegewinnung zur Verfügung gestellt.

Rolle des Sauerstoffs

Am Ende der Elektronentransportkette in den Mitochondrien werden Elektronen an Sauerstoff (O2) abgegeben der sich mit verbindet Wasserstoffionen zu Wasser. Ohne die O2-Moleküle zur Aufnahme der Elektronen könnte die Elektronentransportkette nicht funktionieren.

Fermentation

Zellatmung bezieht sich im Allgemeinen auf aerobe Atmung wobei Zellen den oben beschriebenen Prozess zur Herstellung von ATP verwenden. Wenn jedoch kein Sauerstoff verfügbar ist können unsere Zellen durch Milchsäurefermentation immer noch eine begrenzte Menge ATP produzieren. In diesem Prozess nutzt die Zelle die Glykolyse um Glukose aufzubrechen (genau wie bei der aeroben Atmung) und spendet Elektronen an ein Zuckermolekül namens Pyruvat das sich bildet wenn Glukose abgebaut wird. Diese Reaktion führt zu einem Nebenprodukt namens Milchsäure.

Fermentation vs. aerobe Atmung

Die aerobe Atmung liefert viel mehr ATP als die Milchsäuregärung. Bei der Fermentation nimmt das Pyruvat Elektronen aus der Glykolyse auf. Bei der aeroben Atmung hingegen wird das Pyruvat noch weiter abgebaut um mehr ATP in den Mitochondrien zu produzieren. Infolgedessen kann die aerobe Atmung bis zu 19-mal mehr ATP pro Glucosemolekül erzeugen als die Milchsäuregärung.

Warum Sauerstoff wichtig ist

Sauerstoff ist wichtig weil er die aerobe Atmung ermöglicht indem er Elektronen von der Glucose aufnimmt Transportkette in den Mitochondrien. Manchmal ist in einigen Muskelzellen kein Sauerstoff verfügbar (normalerweise während schwerer körperlicher Betätigung). In solchen Situationen kehren die Muskelzellen vorübergehend zur Milchsäuregärung zurück die weitaus weniger Energie liefert