Zellenergie

Zellenergie bezeichnet die Energie, die Zellen benötigen, um ihre Funktionen auszuführen. Der Hauptenergieträger ist Adenosintriphosphat (ATP). In vielen Organismen wird Zellenergie durch Zellatmung gewonnen; in Pflanzen kommt zusätzlich die Photosynthese als primäre Energiequelle hinzu.

In tierischen Zellen erfolgt die Energiegewinnung überwiegend durch Zellatmung in mehreren Schritten: Glykolyse im Cytosol produziert Pyruvat und NADH; Pyruvat wird in Acetyl-CoA umgewandelt und in den Citratzyklus eingeschleust; die Elektronentransportkette in der inneren Mitochondrienmembran treibt die Bildung von ATP durch die ATP-Synthase an. Unter aeroben Bedingungen liefert dieser Prozess den Großteil der zellulären Energie. Bei Sauerstoffmangel können Fermentationswege auftreten, die Lactat erzeugen; in Hefen und einigen Mikroorganismen entstehen Ethanol und CO2, um weitere ATP-Mengen zu gewinnen.

Pflanzen, Algen und manche Bakterien nutzen zusätzlich die Fotosynthese, die Lichtenergie in chemische Energie in Form von ATP und NADPH umwandelt. Diese Energieträger speisen den Calvin-Zyklus, der Kohlenstoffdioxid zu Zucker fixiert. Gleichzeitig läuft in den Mitochondrien die Zellatmung weiter, damit auch bei Abwesenheit von Licht Energie bereitsteht.

Die Zellenergie wird durch den Energiezustand der Zelle reguliert, häufig beschrieben durch das ATP/ADP-Verhältnis. Signale wie AMPK überwachen den Energiestatus und regulieren Stoffwechselwege sowie Wachstum. Hormone wie Insulin und Glukagon beeinflussen den Energiestoffwechsel. Störungen der mitochondrialen Funktion oder des Glykose-Stoffwechsels können zu ernsthaften Erkrankungen führen. Die Messung von Sauerstoffverbrauch, ATP-Synthese oder metabolischen Raten dient Forschung und klinischer Diagnostik.