Zellatmung

Zellatmung, auch als zelluläre Atmung bezeichnet, ist der Prozess, durch den Zellen chemische Energie aus organischen Nährstoffen in Form von ATP gewinnen. Sie dient der Umwandlung von Glukose und anderen Brennstoffen in nutzbare Energie und liefert Reduktionsäquivalente für verschiedene Biosynthesewege. Die Gesamtreaktion lässt sich vereinfacht als Glukose plus Sauerstoff zu Kohlenstoffdioxid, Wasser und ATP darstellen.

Der Prozess besteht aus drei Hauptphasen: Glykolyse, Citratzyklus und Elektronentransportkette mit anschließender oxidativer Phosphorylierung. Die Glykolyse findet im Zytoplasma statt, zerlegt Glukose in Pyruvat und liefert netto 2 ATP sowie 2 NADH. Der Citratzyklus in der Mitochondrienmatrix wandelt Pyruvat weiter in CO2 um und erzeugt NADH und FADH2. In der Elektronentransportkette der inneren mitochondrialen Membran werden Elektronen von NADH und FADH2 auf Sauerstoff übertragen, Protonen werden in den Intermembranraum gepumpt und die ATP-Synthase produziert ATP aus ADP und Pi. Insgesamt resultieren typischerweise etwa 30 bis 32 ATP pro Glukose, je nach Zelle und Shuttle-System; Sauerstoff dient als letzter Elektronenakzeptor.

Unter anaeroben Bedingungen oder bei Organismen ohne ausreichenden Sauerstoff kann Zellatmung unvollständig verlaufen. Die Glykolyse läuft weiter, doch die NAD+ Regeneration erfolgt durch Fermentation statt durch die Elektronentransportkette. Es entstehen Milchsäure (Lactat) oder Ethanol und CO2, und der ATP-Gewinn liegt bei etwa 2 ATP pro Glukose.

Bei Eukaryoten findet die oxidative Phosphorylierung in den Mitochondrien statt; bei Prokaryoten erfolgen Glykolyse, Citratzyklus und Elektronentransport im Zytoplasma bzw. an der Plasmamembran. Zellatmung ist eng in den gesamten Stoffwechsel integriert und liefert Zwischenprodukte, die für weitere Biosynthesewege benötigt werden.