🎯 Lernziele

Nach diesem Thema kannst du …

• die Bruttogleichung der Zellatmung aufstellen
• die vier Teilschritte den Zellkompartimenten zuordnen und ihre Bilanz beschreiben
• die ATP-Bildung durch Chemiosmose an der inneren Mitochondrienmembran erklären
• Zellatmung und Gärung vergleichen
• Versuchsergebnisse mit Hemmstoffen deuten

💡 Erklärung

Bei der Zellatmung wird Glucose mit Sauerstoff vollständig zu Kohlenstoffdioxid und Wasser abgebaut; die frei werdende Energie wird teilweise in ATP gespeichert, dem universellen Energieträger der Zelle. Bruttogleichung: C₆H₁₂O₆ + 6 O₂ → 6 CO₂ + 6 H₂O (+ Energie).

1. Die Glykolyse läuft im Cytoplasma ab: Glucose wird zu zwei Molekülen Pyruvat abgebaut; netto entstehen 2 ATP und 2 NADH. 2. Bei der oxidativen Decarboxylierung in der Mitochondrienmatrix wird von jedem Pyruvat CO₂ abgespalten; es entsteht Acetyl-CoA und NADH. 3. Im Citratzyklus (Matrix) wird der Acetylrest vollständig zu CO₂ oxidiert; pro Glucose entstehen dabei 2 ATP (bzw. GTP), 6 NADH und 2 FADH₂.

4. In der Atmungskette an der inneren Mitochondrienmembran geben NADH und FADH₂ ihre Elektronen an Proteinkomplexe ab. Die Elektronen wandern bis zum Sauerstoff, der als Endakzeptor mit Protonen zu Wasser reagiert. Mit der dabei frei werdenden Energie pumpen die Komplexe Protonen in den Intermembranraum; es entsteht ein Protonengradient. Die Protonen strömen durch die ATP-Synthase zurück, die dabei ATP bildet (Chemiosmose). Hier entsteht der größte Teil des ATP. Insgesamt liefert ein Glucosemolekül nach heutigen Angaben etwa 30–32 ATP; ältere Lehrbücher nennen 36–38.

Ohne Sauerstoff kann die Atmungskette nicht arbeiten. Viele Zellen gewinnen dann nur über die Glykolyse 2 ATP und regenerieren das NAD⁺ durch Gärung: Bei der Milchsäuregärung (z. B. Muskeln bei Sauerstoffmangel, Milchsäurebakterien) wird Pyruvat zu Lactat, bei der alkoholischen Gärung (Hefe) zu Ethanol und CO₂. Die Energieausbeute ist viel geringer als bei der Zellatmung.

📘 Fachbegriffe

ATP

Adenosintriphosphat; universeller Energieträger der Zelle.

NADH / FADH₂

Reduzierte Elektronenüberträger; liefern Elektronen an die Atmungskette.

Glykolyse

Abbau von Glucose zu Pyruvat im Cytoplasma.

Citratzyklus

Kreisprozess in der Mitochondrienmatrix; oxidiert Acetylreste zu CO₂.

Atmungskette

Elektronentransport an der inneren Mitochondrienmembran mit Protonenpumpen.

Chemiosmose

ATP-Bildung durch Protonenrückstrom durch die ATP-Synthase.

Gärung

Anaerober Abbau mit Regeneration von NAD⁺; geringe ATP-Ausbeute.

⚠️ Typische Fehler

• Den Sauerstoff schon in der Glykolyse verbrauchen lassen – O₂ wird erst am Ende der Atmungskette benötigt.
• Annehmen, das CO₂ stamme aus dem eingeatmeten Sauerstoff – es entsteht bei Decarboxylierung und Citratzyklus aus der Glucose.
• Die ATP-Synthase in die äußere Mitochondrienmembran setzen – sie sitzt in der inneren Membran.

✏️ Übungen

✅ Selbsttest

🧾 Zusammenfassung

• C₆H₁₂O₆ + 6 O₂ → 6 CO₂ + 6 H₂O + Energie (ATP).
• Glykolyse (Cytoplasma) → oxidative Decarboxylierung → Citratzyklus (Matrix) → Atmungskette (innere Membran).
• ATP-Synthase nutzt den Protonengradienten (Chemiosmose).
• Ausbeute heute meist etwa 30–32 ATP pro Glucose; Gärung nur 2 ATP.