Was ist aerober Stoffwechsel?
Der aerobe Stoffwechsel nutzt Sauerstoff, um Energie aus Glukose zu gewinnen und speichert sie in einem biologischen Molekül namens Adenosintriphosphat (ATP). ATP ist die Energiequelle des menschlichen Körpers, und das Aufbrechen von ATP-Molekülen setzt Energie frei, die für eine Vielzahl von biologischen Prozessen verwendet wird, einschließlich der Bewegung von Molekülen über Membranen. Der aerobe Stoffwechsel wird auch als aerobe Atmung, Zellatmung und aerobe Zellatmung bezeichnet. Anaerober Stoffwechsel ist eine andere Form des Stoffwechsels, erfolgt jedoch ohne Sauerstoff. Der menschliche Körper ist jedoch nicht dafür ausgelegt, die anaerobe Atmung über einen langen Zeitraum aufrechtzuerhalten, und dies verursacht großen Stress.
Die erste Stufe des aeroben Stoffwechsels heißt Glykolyse. Die Glykolyse findet im Zytoplasma der Zelle statt. Komplexe Zucker werden durch eine Vielzahl von Enzymen in Glucose zerlegt, und diese Glucose wird dann weiter in zwei Pyruvinsäuremoleküle zerlegt, die auch als Pyruvat bekannt sind. Die durch diesen Abbau freigesetzte Energie wird in zwei ATP-Molekülen gespeichert. Die Glykolyse ist insofern einzigartig, als sie die einzige Stufe des Metabolismus im Zytoplasma darstellt und die anderen beiden Stufen innerhalb der Mitochondrien stattfinden.
In der zweiten Stufe des aeroben Stoffwechsels, dem Zitronensäurezyklus, werden die beiden Pyruvatmoleküle verwendet, um energiereiche reduzierende Moleküle zu erzeugen, die später im Atmungsprozess verwendet werden. Einige dieser Moleküle können bei Bedarf direkt in ATP umgewandelt werden, obwohl dies nicht immer der Fall ist. Aus diesem Kreislauf fallen Wasser und Kohlendioxid als Abfallprodukte an, weshalb der Mensch Sauerstoff einatmet und Kohlendioxid ausatmet. Der Zitronensäurezyklus liefert wie die Glykolyse 2 ATP.
Das Endstadium des aeroben Stoffwechsels wird Elektronentransportkette genannt und findet auf der inneren Membran der Mitochondrien statt. In diesem Schritt werden die energiereichen Moleküle, die aus dem Zitronensäurezyklus stammen, verwendet, um einen Gradienten positiver Ladung aufrechtzuerhalten, der als chemiosmotischer Gradient bezeichnet wird und zur Erzeugung vieler ATP-Moleküle verwendet wird. Dieser Schritt erzeugt das meiste ATP aus dem aeroben Stoffwechselprozess und erzeugt durchschnittlich etwa 32 ATP-Moleküle. Nachdem die Elektronentransportkette ATP erzeugt hat, können die energiereichen Moleküle vom Zitronensäurezyklus wiederverwendet werden.
Der aerobe Stoffwechsel erzeugt ungefähr 36 ATP-Moleküle. Anaerobe Atmung erzeugt nur etwa zehn Prozent dieser Menge. Die Verwendung von Sauerstoff ist am Ende der Elektronentransportkette am wichtigsten, da dies den chemiosmotischen Gradienten unterstützt. Die Existenz eines sauerstoffabhängigen Stoffwechsels ist der Grund, warum Mitochondrien allgemein als das Kraftwerk des Körpers bezeichnet werden.