Während der aeroben Atmung erhalten Zellen Energie in Gegenwart von Sauerstoff durch eine Reihe von Reaktionen, die als Zitronensäurezyklus bekannt sind. Glucose stellt eine wichtige Reaktionszwischenstufe dar, die für diese Reaktionen notwendig ist. Glucose ist ein Zuckermolekül mit sechs Kohlenstoffatomen, das in zwei Pyruvatmoleküle mit drei Kohlenstoffatomen zerlegt wird. Diese Pyruvatmoleküle können in Gegenwart von Sauerstoff in den Zitronensäurezyklus eintreten und eine signifikante Energiemenge für die Zelle erzeugen.
Glykolyse
Glukose kann direkt aus der Nahrung oder durch Abbau von Glykogen, einem Polymer aus Glukosemolekülen, gewonnen werden. Während der Glykolyse wird Glukose von der Zelle metabolisiert, um Energie zu produzieren. Glykolyse ist nicht sehr effizient in Bezug auf die Energieproduktion, aber der Prozess selbst erzeugt eine Reihe von Zwischenprodukten, die für andere Prozesse verwendet werden können. Ein solches Zwischenprodukt ist Pyruvat. In Abwesenheit von Sauerstoff kann Pyruvat durch einen als Fermentation bekannten Prozess in Milchsäure oder Alkohol umgewandelt werden. In Gegenwart von Sauerstoff kann Pyruvat während der aeroben Atmung in den Zitronensäurezyklus eintreten.
Der Zitronensäure-Zyklus
Der Zitronensäurezyklus ist eine Reihe von Reaktionen, die letztendlich eine signifikante Energiemenge für die Zelle erzeugen. Dieser Zyklus kann nur unter aeroben Bedingungen stattfinden, dh unter Bedingungen, bei denen genügend Sauerstoff vorhanden ist.
In Gegenwart von Sauerstoff können die Pyruvatmoleküle, die am Ende der Glykolyse gebildet werden, in den Zitronensäurezyklus eintreten, indem sie mit einer Verbindung, die Acetyl-CoA genannt wird, reagieren. Während dieser Reaktion wird Kohlendioxid freigesetzt. Tatsächlich wird Kohlendioxid während des Zitronensäurezyklus in einer Anzahl von Schritten freigesetzt. Dies ist zum Teil eine Erklärung dafür, warum aerobe Atmung das Einatmen von Sauerstoff und das Ausatmen von Kohlendioxid beinhaltet.
Elektronentransportkette
Per Definition erfordert aerobe Atmung Sauerstoff. Sauerstoff wird benötigt, weil er in der Elektronentransportkette benötigt wird.
Die Elektronentransportkette einer Zelle ist eine Reihe von Reaktionen, die chemische Reaktionen zwischen Elektronendonoren und Elektronenakzeptoren mit dem Transfer von Protonen über eine Zellmembran verbinden. In der aeroben Atmung ist Sauerstoff der ultimative Elektronenakzeptor.
Die Übertragung von Elektronen erzeugt einen Protonengradienten. Wenn die Protonen zurück über die Membran wandern und den Gradienten hinunterfließen, entsteht Energie in Form von Molekülen, die als ATP oder Adenosintriphosphat bezeichnet werden.
Wenn kein Sauerstoff vorhanden ist, kann der Gradient nicht eingestellt werden, und diese Reaktionen können nicht auftreten.
Glucose
Während Glukose durch Glykolyse Energie für die Zelle bereitstellen kann, ist dieser Prozess nicht sehr effizient. Ein Input von zwei ATP-Energie-Molekülen lässt die Reaktion beginnen, aber am Ende werden nur vier ATP-Energie-Moleküle erzeugt.
Glucose liefert eine größere Rolle für eine effizientere Energieproduktion, indem die Pyruvatmoleküle für den Eintritt in den Zitronensäurezyklus bereitgestellt werden. Am Ende des Zitronensäurezyklus werden 36 ATP-Energiemoleküle für jedes vollständig verarbeitete Glucosemolekül erzeugt.
Quellen von Glucose
Glucose kann direkt aus der Nahrung gewonnen werden. Glucose ist ein Monosaccharid-Zuckermolekül mit sechs Kohlenstoffatomen, auch bekannt als Dextrose oder einfacher Haushaltszucker. Es ist auch Teil einer langen Kette von Energiespeichermolekülen namens Glykogen. Wenn Zellen mehr Glukose benötigen, um mehr Energie zu produzieren, kann Glykogen abgebaut werden, um einzelne Glukosemonomere freizusetzen, die dann in den Glykolyse-Stoffwechselweg eintreten können. Schließlich können die resultierenden Pyruvatmoleküle in den Zitronensäurezyklus eintreten, vorausgesetzt, dass Sauerstoff vorhanden ist.
