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Sauerstoffkreislauf

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Die Autor*innen
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Roland Hesse
Sauerstoffkreislauf
lernst du in der 11. Klasse - 12. Klasse - 13. Klasse

Grundlagen zum Thema Sauerstoffkreislauf

Sauerstoffkreislauf

Sauerstoff umgibt uns überall. Er ist Bestandteil unserer Atemluft. Grüne Pflanzen produzieren ihn und wir benötigen ihn für unseren Energiestoffwechsel.

In diesem Text zeigen wir dir die wichtigsten Aufgaben von Sauerstoff für den Energiestoffwechsel und die wichtigsten Stationen, die Sauerstoff auf seiner Reise durch pflanzliche und tierische Zellen durchläuft.

Fotosynthese und Zellatmung

Obwohl der Grundaufbau aller Zellen ähnlich ist, unterscheiden sich pflanzliche Zellen jedoch in einigen Eigenschaften von tierischen Zellen. Ein besonderes Merkmal pflanzlicher Zellen sind ihre Chloroplasten. Dies ist der Ort der Fotosynthese. Hier produzieren sie aus Wasser $\ce{(H2O)}$ und Kohlenstoffdioxid $\ce{(CO2)}$ mithilfe des Sonnenlichts Glucose $\ce{(C6H12O6)}$ und Sauerstoff $\ce{(O2)}$.

Die tierischen Zellen benötigen diesen Sauerstoff wiederum zur Energiegewinnung. In den sogenannten Kraftwerken der Zellen, den Mitochondrien, wird Glucose zur Energiegewinnung abgebaut und zum Teil in Form von ATP (Adenosintriphoshpat) gespeichert. Dieser Vorgang wird auch Zellatmung genannt.

Für die Verstoffwechselung von Glucose zu Kohlenstoffdioxid und Wasser wird Sauerstoff benötigt: $\ce{C6H12O6 + O2 -> CO2 + H2O}$

Die Zellatmung unterteilt sich in verschiedene Einzelschritte, die an unterschiedlichen Orten der Zelle stattfinden.

Zellatmung

Die Einzelschritte der Zellatmung finden an unterschiedlichen Orten der Zelle statt. Die Glykolyse findet im Cytoplasma der Zelle statt, Citratzyklus und Atmungskette im Mitochondrium, wobei die Atmungskette an der inneren Mitochondrienmembran abläuft.

Glykolyse, Citratzyklus und Atmungskette

In der Glykolyse wird Glucose in Pyruvat umgewandelt und so ins Mitochondrium transportiert. Hier findet der Citratzyklus statt, wo der weitere Abbau zu $\ce{CO2}$ stattfindet. Es entstehen eine geringe Menge ATP sowie die Coenzyme $\ce{NADH + H+}$ und $\ce{FADH2}$. In der Atmungskette an der inneren Mitochondrienmembran finden Redoxreaktionen statt. Die Elektronen der Coenzyme werden auf Sauerstoffmoleküle übertragen und zusammen mit den Wasserstoffionen $\ce{H+}$ werden sie zu Wasser $\ce{H2O}$ reduziert. Dabei wird frei werdende Energie in Form von ATP gespeichert. Die Atmungskette liefert den größten Anteil an ATP.

Zusammenfassung

Tierische und pflanzliche Zellen besitzen zwar den gleichen Grundaufbau, unterscheiden sich aber in einigen Merkmalen wie beispielsweise den Chloroplasten, die ausschließlich in pflanzlichen Zellen vorkommen und der Ort der Fotosynthese sind. Hier wird aus Kohlenstoffdioxid und Wasser Glucose und Sauerstoff hergestellt. Der umgekehrte Vorgang findet in den Mitochondrien, den sogenannten Kraftwerken der Zellen, statt. Dieser Vorgang wird als Zellatmung beschrieben und gliedert sich in Glykolyse, Citratzyklus und Atmungskette. Die Atmungskette findet an der inneren Mitochondrienmembran statt und produziert den Hauptanteil an ATP.

Häufig gestellte Fragen zum Thema Sauerstoffkreislauf

Nenne einen wesentlichen Unterschied zwischen tierischen und pflanzlichen Zellen.
Was sind die Produkte der Fotosynthese?
Nenne die einzelnen Schritte der Zellatmung.
Wo ist die Atmungskette lokalisiert?

Transkript Sauerstoffkreislauf

Hallo, ich grüße Euch. Ich möchte mich vorstellen: Mein Name ist Oxygenium Fly. Ich bin ein Sauerstoffmolekül, und ich befinde mich gerade in einem Gasgemisch und bin von Stickstoffmolekülen umgeben. Und das ist Kohlenstoffdioxid. Ihre Kurznamen sind N2 und CO2. Und meiner ist O2. Die anderen blauen, doppelten Kugeln, alle Zwillinge, genau wie ich sind sie zweiatomig. Wir alle, alle Teilchen, bilden das Gasgemisch Luft. Die Bestandteile der Luft sind in ständiger Bewegung und sie können eigentlich nichts dagegen tun. Ach ja, das habe ich noch vergessen. Das Wassermolekül. Davon sind natürlich auch viele in der Erdatmosphäre und sie machen die Luftfeuchtigkeit aus. Heute gehe ich mit euch auf Reisen. Den Stickstoff nehmen wir nicht mit, weil er so träge ist. Er soll uns nicht begleiten. Kohlenstoffdioxid und Wasser werden wir bestimmt wieder begegnen, die dürfen noch einen Moment bleiben. Sicherlich begegnen wir noch anderen Dingen. Ich bin sehr gespannt. Also, unser Thema ist die Wanderschaft des Sauerstoffs. Besser gesagt, der Sauerstoffkreislauf. Heute suchen wir auf der Reise Partner, die wir mögen und mit denen wir uns verbinden können. Puh, der Wind treibt uns über die Landschaft. Wir fliegen auf einen Baum mit Äpfeln, einen Gärtner und ein Rind zu. Zwei von uns bleiben oben in der Luft und ein Molekül landet in dem plätschernden, kühlen Bachwasser und wird aufgenommen. Auch die anderen verschwinden scheinbar. Viele fliegen einfach vorbei und weiter. Doch was geschieht mit dem eingeatmeten Sauerstoff beim Rind, dem Menschen und den Blättern und Früchten, den Äpfeln? Ja, man glaubt es nicht. Pflanzen atmen auch, nur wird die Atmung tagsüber von der Fotosynthese überdeckt, so dass man sie nicht bemerkt. Sauerstoff wird für die Zellatmung benötigt. Begleiten wir den Sauerstoff, der in die Kuh gelangt. Ich glaube, wir sind in der Lunge von diesem Rindvieh gelandet. Mann, ist das hier dunkel, feucht und warm, und enger wird es auch noch. Nanu, jetzt sind wir an einer kleinen, hohlen Kugel angekommen. Es muss ein Lungenbläschen sein. Wir fliegen direkt auf eine Wand, eine Membran zu, die kleine Öffnungen hat. Da kommen uns schon andere aus den Poren der Zellmembran entgegen. "Hallo, wie heißt ihr?" "Blöde Frage. Wir sind die Kohlendioxidmoleküle, und wir kommen aus den Körperzellen. Bitte eintreten. Rein mit Euch." "Danke für die Einladung." Wir kommen in eine rote Flüssigkeit und da bewegen sich kleine, eingedellte Scheiben, die uns wie ein Magnet anziehen. Alles klar. Im Blut haben uns die roten Blutkörperchen nun aufgenommen und locker gebunden. Ab geht die Reise weiter. Wir werden mit dem warmen Blut angesaugt. Hey, sind wir in einem Herzen, in der linken Herzkammer angekommen? Natürlich sind wir. Plötzlich wird es eng und der Druck steigt an. Mit großer Geschwindigkeit werden wir herausgeschleudert. Toll, das Tempo in der großen Arterie, der Aorta. Dann geht es aber allmählich langsamer voran. In den Arteriolen und dann weiter in den Kapillaren lässt der Druck nach. Kein Grund, sich zu beschweren. Wenn es nur nicht so eng würde in den Haargefäßen. Schon sind wir zu Körperzellen gelangt. Die roten Scheiben lassen uns erstaunlicherweise los, so kurz vor der Zellmembran. Und schon sind wir hindurch gewandert. "Wie findest du es hier im Zellplasma?" "Na ja, es geht so, nur etwas zu süß." Das kommt von den Glucosemolekülen. Hier eines im Modell. Es hat die Formel C6H12O6. Die energiereiche Glucose wird in der Glykolyse, so heißt der biochemische Vorgang, in Kohlenstoffdioxid und Wassermoleküle zurückverwandelt, und liefert dabei etwas Energie. Kurz zuvor bist du diesen bereits begegnet. "Aufgepasst, Vorsicht!" Wir sind in ein Mitochondrium hinein gewandert. Hier ist vielleicht was los, wie in einem Kraftwerk. Hier erfolgen der Citratzyklus und die Atmungskette. Inzwischen sind aus der Glucose sechs Wasser- und sechs Kohlenstoffdioxidmoleküle hervorgegangen. Aber es sind auch noch 24 Wasserstoffionen da. Sie werden hier vereinfacht als rote Kugeln dargestellt. Jetzt kommen wir sechs Sauerstoffmoleküle in das Spiel. Wir tragen zu der Energiefreisetzung an der inneren Mitochondrienmembran bei. Wir wurden bereits zuvor gespalten und können nun mit dem Wasserstoff reagieren. Aber bitte einer nach dem anderen. Enzyme sorgen dafür, dass es schön langsam geht, damit die freiwerdende Energie vom ADP abgefangen wird. Es wird dabei zu ATP, dem Adenosintriphosphat. All das geschieht im Verlauf der Atmungskette. Weil der Wasserstoff oxidiert wird, spricht man von einer biologischen Oxidation oder, ganz schlicht und einfach, von der Zellatmung. Endlich. Jetzt existieren wir Sauerstoffmoleküle als Wassermoleküle weiter. Aus einem Molekül Glucose wurden 12 H2O und 38 ATP. ATP steht nun der Zelle als Energieträger zur Verfügung. Die Zelle gewann Lebensenergie, ohne dass es zur Knallgasreaktion kam. Lange bleiben wir nicht in der Zelle, denn es entstehen weitere Wassermoleküle und wir werden regelrecht verdrängt. Jetzt retour ins Blut. Wieder in die Kapillaren, die Venolen, die Venen und über die rechte Herzhälfte in den Körperkreislauf zurück. Ich verabschiede mich schnell von den anderen Wassermolekülen, denn wer weiß schon, ob sie in der Lunge, den Nieren oder der Haut landen. Alle Organe haben Ausscheidungsfunktion und sie können uns im gasförmigen und flüssigen Zustand abgeben. Oh nein, muss das sein? Erst die vierfache Filterung in der Niere, und jetzt bin ich soeben in der Blase angekommen. Oh je. Nanu? Es wird hell und platsch, bin ich auf der Erde. Hurra, ich bin draußen. Ich hab's geschafft. Der Boden saugt mich wie ein Schwamm auf. Aber jetzt zunächst eine Zusammenfassung: Die Glucose wird mittels aufgenommenen Wassers enzymatisch während der Glykolyse abgebaut. Dabei werden Kohlenstoffdioxid und Wasser freigesetzt. Ein Abbauprodukt der Glucose, das Acetyl-Coenzym A, gelangt in den Zitronensäurezyklus, in dem sich die Abspaltung von Kohlenstoffdioxid weiter fortsetzt. Alle Reaktionen dienten bisher dazu, Wasserstoffionen zu gewinnen, die in der Atmungskette, in der inneren Mitochondrienmembran, von Bedeutung sind. Dort erfolgen Redoxreaktionen. Sauerstoffatome reagieren Schritt für Schritt mit Wasserstoffionen, so dass sie zu Wasser reduziert werden. Dabei entsteht das wichtigste Endprodukt der Zellatmung, das ATP. So, jetzt weißt du, wo ich, Oxygenium Fly, angekommen bin, nämlich im Wasser. Sehen wir uns beim zweiten Teil wieder? Wenn ja, dann merk dir die Gesamtgleichung. Ich sage tschüss, bis zum nächsten Mal!

2 Kommentare
2 Kommentare
  1. Vielen Dank!
    Das Video hat mir echt geholfen!
    Außerdem ist das eine sehr schöne Schrift.

    Von Hoangmi N., vor mehr als 7 Jahren
  2. Sie sind Super. echt Super
    ich sage danke schön.
    Tsonga

    Von Minas Lulla, vor fast 8 Jahren

Sauerstoffkreislauf Übung

Du möchtest dein gelerntes Wissen anwenden? Mit den Aufgaben zum Video Sauerstoffkreislauf kannst du es wiederholen und üben.
  • Gib an, was tierische und pflanzliche Zellen unterscheidet.

    Tipps

    Eine Antwort ist richtig.

    Lösung

    Chloroplasten sind die Zellorganellen grüner Pflanzen. In ihnen findet die Fotosynthese statt. Es entsteht Sauerstoff und Glucose.

  • Stelle Fotosynthese und Zellatmung gegenüber.

    Tipps

    An der inneren Mitochondrienmembran wird Sauerstoff verbraucht.

    Glucose ist ein energiereiches organisches Produkt in einem der beiden Prozesse.

    Lösung

    Fotosynthese und Zellatmung sind zwei Prozesse, die in einem engen Zusammenhang stehen.

    Während der Fotosynthese wird Sauerstoff frei und energiereiche organische Stoffe werden gebildet. Dabei wird Lichtenergie benötigt und in Form von Glucose gespeichert.

    In der Zellatmung entstehen unter Sauerstoffverbrauch beim Abbau der Glucose die energiearmen anorganischen Moleküle Wasser und Kohlenstoffdioxid. Bei diesem Prozess wird Energie frei und ein Teil wird in Form von ATP gespeichert.

  • Erkläre die Schritte der Zellatmung genauer.

    Tipps

    Während der Zellatmung wird Sauerstoff verbraucht.

    Lösung

    In der Glykolyse wird Glucose in Pyruvat umgewandelt und so ins Mitochondrium transportiert.

    Hier findet der Citratzyklus statt, wo der weitere Abbau zu Kohlenstoffdioxid stattfindet. Es entstehen eine geringe Menge ATP sowie die Coenzyme $\ce{NADH + H+}$ und $\ce{FADH2}$.

    In der Atmungskette an der inneren Mitochondrienmembran finden Redoxreaktionen statt. Die Elektronen der Coenzyme werden auf Sauerstoff $\ce{(O2)}$ übertragen und zusammen mit den Wasserstoffionen $\ce{(H+)}$ entsteht Wasser $\ce{(H2O)}$. Dabei wird freiwerdende Energie in Form von ATP gespeichert. Die Atmungskette liefert den größten Anteil an ATP.

  • Wo findet der Auf- und Abbau von Glucose statt?

    Tipps

    Eine Antwortmöglichkeit ist falsch und bleibt übrig.

    Lösung

    In den Chloroplasten grüner Pflanzen wird mittels Fotosynthese Glucose und Sauerstoff produziert.
    In den Mitochondrien pflanzlicher und tierischer Zellen findet die Zellatmung statt. Dabei wird Glucose unter Sauerstoffverbrauch zur Energiegewinnung abgebaut. Die Zellatmung unterteilt sich in verschiedene Schritte, die jeweils an bestimmten Orten der Zelle ablaufen.
    Der erste Schritt im Abbau der Glucose ist die Glykolyse. Sie findet im Cytoplasma der Zelle statt.
    Daran schließt sich der Citratzyklus im Inneren der Mitochondrien, in der Mitochondrienmatrix, an.
    Zum Schluss folgt die Atmungskette an der inneren Mitochondrienmembran.
    Während der Zellatmung entstehen unter Sauerstoffverbrauch beim Abbau der Glucose Wasser und Kohlenstoffdioxid.

  • Nenne die Produkte der Fotosynthese.

    Tipps

    Zwei Antwortmöglichkeiten sind richtig.

    In der Fotosynthese werden mithilfe des Sonnenlichts energiereiche organische Stoffe hergestellt.

    Für den Abbau von Glucose wird Sauerstoff benötigt.

    Lösung

    Die Chloroplasten sind der Ort der Fotosynthese. Hier wird aus Wasser $\ce{(H2O)}$ und Kohlenstoffdioxid $\ce{(CO2)}$ mit Hilfe des Sonnenlichts die energiereiche Glucose $\ce{(C6H12O6)}$ und Sauerstoff $\ce{(O2)}$ hergestellt. Die Glucose wird dann während der Zellatmung unter Sauerstoffverbrauch zur Energiegewinnung wieder abgebaut.

  • Erkläre, ob Pflanzen auch Sauerstoff verbrauchen.

    Tipps

    Pflanzliche Zellen besitzen wie tierische Zellen Mitochondrien.

    Lösung

    Pflanzliche Zellen benötigen wie tierische Zellen Sauerstoff, um Glucose in den Mitochondrien abzubauen.