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Atmung, Dissimilation

Energie, Entropie - Enzymatik - Atmung - Photosynthese - Fettabbau - weitere Themen

Schülerinnen beim 100 m - Blindlauf (Glycolympics 2012)
Autor: Ulrich Helmich 2022, Lizenz: siehe Seitenende

Einleitung und Übersicht

Bei einem Wettlauf benötigen die Muskeln jede Menge ATP - die biologische Universalwährung für Energie. Steht genug Sauerstoff zur Verfügung, zum Beispiel bei einem nicht zu schnellem Lauf, denn wird die gespeicherte Glucose aerob oxidiert, also mit Hilfe von Sauerstoff nach der Gleichung

$C_{6}H_{12}O_{6} + 6 \ O_{2} \to 6 \ CO_{2} + 6 \ H_{2}O$

zu Kohlendioxid und Wasser abgebaut. Bei einem kurzen anstrengenden Sprint übersteigt jedoch der ATP-Bedarf den zur Verfügung stehenden Sauerstoff, dann wird zusätzlich der Weg des anaeroben Abbaus über eine Gärung eingeschlagen.

Der biochemische Vorgang der Atmung lässt sich mit folgender Schemazeichnung gut beschreiben:

Aerobe Dissimilation am Beispiel der Muskelkontraktion
Autor: Ulrich Helmich, Lizenz: siehe Seitenende

Glucose wird mit Hilfe vieler Enzyme in Kohlendioxid CO2 und Wasser H2O gespalten, entsprechend der oben gezeigten Reaktionsgleichung. Verantwortlich für diesen stark exothermen Prozess sind die Glycolyse, der Citratzyklus und die Atmungskette.

Die in der Glucose gespeicherte chemische Energie wird dann benutzt, um aus den energiearmen Verbindungen ADP und Phosphat Pi die energiereiche Verbindung ATP herzustellen.

Wird ATP dagegen wieder in ADP und Pi gespalten - ein stark exothermer Vorgang - kann mit der so freigesetzten chemischen Energie mechanische Arbeit geleistet werden, beispielsweise die Kontraktion von Muskefasern.

Auf diesen Seiten zur Dissimilation werden die drei eben genannten Prozesse - Glycolyse, Citratzyklus und Atmungskette - ausführlich besprochen. Außerdem wird noch kurz auf die Gluconeogenese eingegangen, einer "Umkehrung" der Glycolyse. Dieses Thema ist vor allem für Schüler(innen) der Ernährungslehre-Kurse in der Qualifikationsphase interessant.

Weiterführende Seiten
Kurzdarstellung

Für die Leute, die sich ganz schnell über diese Prozesse informieren wollen, hier eine Kurzdarstellung. Ansonsten schauen Sie sich doch bitte die weiterführenden Seiten an.

  1. Bei der Glycolyse wird das Glucose-Molekül in einfachere Verbindungen abgebaut, die noch sehr viel Energie enthalten. Die Glycolyse benötigt noch keinen Sauerstoff. Da eine geringe Menge von ATP bereits in der Glycolyse synthetisiert wird, können bestimmte niedere Organismen ihren ATP-Bedarf auch in Abwesenheit von Sauerstoff decken (Gärung). Auch höhere Organismen wie der Mensch haben diesen einfachen Weg der ATP-Gewinnung noch in petto, falls mal mehr ATP benötigt wird als Sauerstoff zur Verfügung steht.
  2. Im Citratzyklus oder Zitronensäurezyklus werden die Endprodukte der Glycolyse zu Kohlendioxid abgebaut, außerdem entstehen jede Menge wasserstoffreicher Verbindungen wie NADH/H+ und FADH2.
  3. In der Atmungskette schließlich geben die wasserstoffreichen Verbindungen des Zitronensäurezyklus ihren Wasserstoff an Sauerstoff-Moleküle ab. Dies ist eine extrem exotherme Reaktion, vergleichbar mit der Knallgasreaktion (mit der man sogar Raketen antreiben kann). Die bei dieser Reaktion freigesetzte Energie wird zur Synthese von sehr viel ATP aus ADP und Phosphat eingesetzt. Damit ist die Atmungskette nicht nur der letzte, sondern auch der wichtigste Schritt der gesamten Atmung.
  4. Die Gluconeogenese ist formal eine Umkehrung der Glycloyse, verläuft aber auf einem anderen Weg. Mit Hilfe dieses anabolischen (aufbauenden) Stoffwechselwegs kann aus Glycerin, Aminosäuren oder Pyruvat neue Glucose synthetisiert werden. Das ist vor allem für das Gehirn wichtig, wenn im Körper ein Mangel an Kohlenhydraten herrscht.