Energiebilanz und Regulation der Atmung
Ziel der Zellatmung ist es, aus der Glukose Energie in Form von ATP zu erzeugen. Der Abbau von einem Mol Glukose erbringt 35–38 Mol ATP. Pro ATP können 30 kJ Energie gerechnet werden: 38 * 30 kJ = 1140 kJ pro Mol Glukose.
Wenn Sie sich an die Grundgleichung der Zellatmung erinnern, so finden Sie dort einen Wert von ∆G = –2872 kJ. Das ist deutlich mehr! Die direkte physikalische Verbrennung der Glukose liefert diesen höheren Energiewert, aber keine Energieform, die gespeichert werden kann.
Der Wirkungsgrad der Zellatmung berechnet sich folgendermaßen:
1140 kJ/2872kJ = 0,39 oder 39 %
Die Regulation der Zellatmung sorgt dafür, dass Energie nicht verschwendet, sondern z.B. in Form von chemischen Speicherstoffen wie Glukose, Stärke oder das ungeliebte Fett gespeichert werden.
Ist der Gehalt an ATP in den Zellen hoch, wird der Abbau verringert und stattdessen die Glukoneogenese oder die Glykogensynthese (=> Glykogen = tierische Stärke) aktiviert. Statt Abbau und Energiegewinn wird Energie eingesetzt, um Dauerspeicherstoffe anzulegen.
Regulationspunkte sind in den Prozessen der Zellatmung in Glykolyse, Citratzyklus und oxidativer Carboxylierung vorhanden. Oftmals funktioniert die Regulation über eine allosterische Aktivierung bzw. Inaktivierung der Enzyme.
Als Beispiel für die Enzymregulation sei an dieser Stelle das Enzym Phosphofruktokinase vorgestellt.
Wie besprochen, beginnt der Abbau der Glukose mit der Glykolyse. Obwohl in der Glykolyse selbst nicht wirklich viel Energie gewonnen wird, wird hier – über drei Schlüsselenzyme das weitere Stoffwechselgeschehen reguliert. Das wichtigste Regulationsenzym ist dabei die Phosphofruktokinase. Sie katalysiert den Phosphorylierungsschritt von Fruktose-6-phosphat zu Fruktose-1,6-bisphosphat.
Zellen produzieren in der Regel nicht über den tatsächlichen Bedarf hinaus. Daher sind die Schlüsselenzyme eines Stoffwechselwegs an ganz bestimmten Stellen zu finden:
- so früh wie möglich in einem Stoffwechselweg (möglichst die erste Reaktion)
- immer dann, wenn eine Reaktion sehr viel Energie freisetzt oder an diesem Reaktionsschritt sehr viel Energie eingesetzt werden muss
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