Entdecke die Bedeutung von Sauerstoff für den Energiestoffwechsel und verfolge seinen Weg durch pflanzliche und tierische Zellen. Erfahre, wie Fotosynthese und Zellatmung funktionieren, was ATP ist und warum Sauerstoff für unseren Stoffwechsel unerlässlich ist. Interessiert? Das und vieles mehr erwartet dich im folgenden Text!
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.
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
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.
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.
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.
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.
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