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Zellatmung – Überblick des Prozesses mit Stoff- und Energiebilanz 08:03 min

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Transkript Zellatmung – Überblick des Prozesses mit Stoff- und Energiebilanz

Hallo. Um uns zu ernähren, nehmen wir jeden Tag Kohlenhydrate, Fette und Proteine auf. Aus all diesen Stoffen wird Energie für unseren Stoffwechsel und den Aufbau von Zellen gewonnen. Vor allem Kohlenhydrate werden schnell in Energie umgesetzt. Der gesamte Prozess heißt Zellatmung. Doch wie sieht sie eigentlich aus, die Stoff- und Energiebilanz? In diesem Video werden die Teilprozesse beschrieben, samt ihrer Wirkorte, Ausgangsstoffe, Produkte und Stoffbilanzen. Außerdem lernst du die Summenformel der Zellatmung und wie Proteine und Fette genutzt werden. Verschaffen wir uns als erstes einen Überblick über die einzelnen Teilprozesse und ihre Wirkorte. Dazu müssen wir einen Blick in die Zelle werfen. Das Kohlenstoffgerüst eines Mols Glukose wird zuerst durch die Glykolyse im Cytoplasma zerlegt. Über viele Teilschritte werden zuerst zwei ATP verbraucht und dann vier gebildet. Es entstehen also 2 ATP, zwei Mol NADH und zwei H+, 2 Mol Wasser und 2 Mol Pyruvat. Pyruvat wird aus dem Cytoplasma in das Mitochondrium transportiert und an das Coenzym A gebunden. Dabei entstehen noch mal 2 NAHD und H+, außerdem 2 Mol Kohlenstoffdioxid und 2 Acetyl-CoA. Diesen Prozess nennt man oxidative Decarboxylierung, da jeweils ein C-Atom abgespalten wird. Jetzt kann der Citratzyklus beginnen. Im Mitochondrium wird Acetyl-CoA weiter zerlegt. Da hier 2 Mol vorhanden sind, findet der Citratzyklus pro Mol Glucose zwei Mal statt. Insgesamt werden also 2 FAD und 6 NAD+ eingebracht und in energiereiche 2 FADH2 und 6 NADH + H+ umgewandelt. Bei den oxidativen Decarboxylierungen werden insgesamt 4 CO2 abgespalten. Über das Zwischenprodukt GTP, wenden 2 ATP gebildet. Außerdem entstehen 6 Mol Wasser. Jetzt kommen wir zum entscheidenden Schritt, der Atmungskette an der inneren Mitochondrienmembran. Hier wird die in den bisher gewonnenen 10 Mol NADH und H+ und 2 Mol FADH2 gespeicherte Energie konserviert. Im Zuge der Elektronentransportkette, werden Elektronen von diesen Stoffen von einem Enzymkomplex zum nächsten transportiert. Dabei werden Protonen aus der Mitochondrienmatrix in den internen Membranraum gepumpt, sodass ein Ladungs- und Konzentrationsgefälle entsteht. Dieses wird mit Hilfe der ATP-Synthase ausgeglichen, die wie eine kleine Turbine angetrieben wird. Pro NADH und H+ entstehen 3 ATP, pro FADH2 2 ATP. Hier werden also insgesamt 34 ATP gebildet. Außerdem 12 Mol Wasser aus 6 Mol Sauerstoff, sowie 10 NAD+ und 2 FAD, die wieder in Glykolyse und Citratzyklus Verwendung finden. Die Stoffbilanz für jeden Teilprozess fällt sehr unterschiedlich aus. Entweder wird direkt über die ATP-Bildung zur Energiegewinnung beigetragen oder indirekt über die Bildung von NADH und FADH2. Berücksichtigt man bei der Glykolyse die NADH entstehen insgesamt 8 ATP. Die oxidative Decarboxylierung bringt demnach 6 ATP ein. Der Citratzyklus bereitet den Weg für das meiste ATP. Aus 6 NADH und 2 FADH2 werden 22 ATP gebildet. Plus die zwei direkt gebildeten ATP macht das 24 ATP. Diese Zahl ist jedoch nicht ganz konstant, manchmal entstehen nur 22 ATP. Ein Mol Glukose liefert also 36-38 Mol ATP. Das entspricht ca. 1100 kJ. Die etwas ausführlichere Summenformel sieht dann wie folgt aus: Während der Atmungskette entstehen insgesamt 36 - 28 ATP, 6 CO2 und 12 H2O. Aus einem Mol Glucose, 6 O2, 6 H2O und 38 ADP+P. Bisher haben wir uns nur den Abbau der Glukose angeschaut, also von Kohlenhydraten. Nun nehmen wir aber auch Fette und Proteine mit unserer Nahrung auf. Was passiert mit diesen Molekülen? Zunächst werden sie gespalten. Proteine in Aminosäuren und Fette in Glycerin und Fettsäuren. Alle diese neu entstandenen Stoffe können nun in Teilprozesse der Atmungskette eingehen und so für die Energiegewinnung genutzt werden. Glycerin wird in der Glykolyse abgebaut, Fettsäuren werden zu Acetyl-CoA gespalten und gehen in den Citratzyklus ein. Aminosäuren dienen hauptsächlich dem Aufbau von körpereigenen Proteinen. Bei Bedarf werden sie umbaut, und gehen in Glykolyse, oxidative Decarboxylierung und Citratzyklus ein. Zuvor muss die Aminogruppe abgespalten und als Harnsäure oder Harnstoff ausgeschieden werden. Der Citratzyklus wird auch als Drehscheibe des Stoffwechsels bezeichnet, da er mit anderen Prozessen wie der Gärung und dem Pentosephosphatweg verbunden ist. Außerdem werden Zwischenprodukte, wie Pyruvat, Acetyl-CoA, und Glycerinaldehyd als Baustoffe des Körpers genutzt. Fassen wir noch einmal zusammen. Während der Atmungskette entstehen insgesamt 36 - 38 ATP, 6 CO2 und 12 H2O aus einem Mol Glukose, 6 O2, 6 H2O und 38 ADP und P. Während Glykolyse und Citratzyklus werden hauptsächlich NADH und H+ sowie FADH2 gebildet, deren gespeicherte Energie später in der Atmungskette als ATP konserviert wird. Die Glykolyse findet im Cytoplasma der Zellen statt. Durch oxidative Decarboxylierung wird das Endprodukt in die Mitochondrien transportiert, wo der Citratzyklus stattfindet. An der inneren Mitochondrienmembran wird ein Protonengradient aufgebaut. Das geschieht im Zuge der Atmungskette. Fette und Proteine werden in Fettsäuren, Glycerin und Aminosäuren zerlegt und können so in die verschiedenen Teilprozesse der Zellatmung eingehen. Tschüss und bis zum nächsten Mal.

3 Kommentare
  1. wie wird bei Cytratzyklus 4 CO2 abgespaltet danke!!

    Von Hannanakhla, vor 9 Monaten
  2. Hallo :)

    ja da hast du Recht. Im Video wird dies bei 1:20 kurz erwähnt und dort entstehen insgesamt auch die 36 ATP. Die folgende Stoffbilanz schließt dann wieder die Schwankung im Citrtazyklus mit ein. Schau es dir am besten einfach nochmal an :)

    Von Marcel Schenke, vor fast 5 Jahren
  3. Also wir haben gelernt dass immer nur 36 ATP aus einem Glucose entstehen, weil die nadh aus der Glykolyse auf dem Weg ins Mitochondrium Energie verlieren...

    Von Kernsbox, vor fast 5 Jahren

Zellatmung – Überblick des Prozesses mit Stoff- und Energiebilanz Übung

Du möchtest dein gelerntes Wissen anwenden? Mit den Aufgaben zum Video Zellatmung – Überblick des Prozesses mit Stoff- und Energiebilanz kannst du es wiederholen und üben.

  • Benenne die Schritte der Zellatmung.

    Tipps

    Zuerst wird die Glukose zerlegt.

    Lösung

    In der Glykolyse wird Glukose zerlegt, dies findet im Cytoplasma statt. Es ensteht u.a. Pyruvat. Dieses wird ins Mitochondrium transportiert und an Acetyl-CoA gebunden. Diesen Prozess nennt man oxidative Decarboxylierung. Das Acetyl-CoA wird im Citratzyklus weiter zerlegt. In der Atmungskette wird die Energie konserviert.

  • Bestimme die Abbauprodukte und die Wirkungsorte der Stoffe.

    Tipps

    Glycerin ist ein Zuckeralkohol.

    Lösung

    In dem Video hast du auch erfahren, was mit Fetten und Proteinen passiert, die wir mit der Nahrung aufnehmen.

    Auch diese Stoffe werden gespalten. Proteine werden in Aminosäuren und Fette werden in Fettsäuren und Glycerin gespalten.

    Das Glycerin geht in die Glykolyse ein, Fettsäuren werden zu Acetyl-CoA gespalten, ehe sie in den Citratzyklus übernommen werden. Die Aminosäuren dienen vor allem dem Aufbau körpereigener Proteine.

  • Benenne die ATP- Menge der Teilprozesse.

    Tipps

    1 mol Glucose bringt 36 bis 38 mol ATP.

    Lösung

    Die Stoffbilanz für die Teilprozesse der Zellatmung ist sehr unterschiedlich.

    Bei der Glykolyse werden 8 mol ATP gebildet.

    Die oxidative Decarboxylierung bringt 6 mol ATP ein und im Citratzyklus werden zwischen 22 und 24 mol ATP gebildet.

    Somit liefert 1 mol Glucose zwischen 36 und 38 mol ATP.

  • Begründe die entwicklungsgeschichtliche Verwandtschaft der Mitochondrien und Chloroplasten.

    Tipps

    Diese Abbildung zeigt dir die Endosymbiontentheorie. Hier siehst du, wie ein Chloroplast entstanden ist.

    Lösung

    Ende des 19. Jahrhunderts machten Wissenschaftler die Entdeckung, dass Plastiden und Mitochondrien sich unabhängig vom Zellzyklus durch Zellteilung vermehren können. Daraufhin nahm man an, dass diese Organellen von freilebenden Einzellern abstammen. In der Endosymbiontentheorie fast man dies wie folgt zusammen: Große organellfreie Prokraryoten nahmen bakterienähnliche Organismen auf und verdauten diese nicht.

  • Vergleiche die Atmung und die Gärung miteinander.

    Tipps

    Der Abbauweg der Gärung ist sehr kurz.

    Lösung

    Bei der Zellatmung entstehen 38 mol ATP. In der anaeroben Umgebung findet alkoholische Gärung statt, bei der nur 2 mol ATP gewonnen werden.

    Die Endprodukte der Gärung sind noch sehr energiereich. Diese können aber nicht von den Organismen genutzt werden. Demzufolge ist die Gärung wesentlich weniger effektiv als die Atmung.

  • Erkläre die Fotosynthese der Pflanzen.

    Tipps

    Die Pflanzen produzieren den Sauerstoff, den wir einatmen.

    Lösung

    Die Fotosynthese ist ein sehr wichtiger Prozess der Pflanzen. Durch diesen Prozess wird der Sauerstoff hergestellt, den wir einatmen. Ort der Fotosynthese sind die Chloroplasten. Der Farbstoff, Chlorophyll, fängt die Lichtenergie der Sonne auf, diese wird in chemische Energie umgewandelt.