Alternative zur zellul├Ąren Atmung

Pflanzen f├╝hren Zellatmung durch, um die Energie zum Wachsen und Bl├╝hen zu bringen.

Die Erzeugung von Energie aus organischen Verbindungen, wie Glucose, durch Oxidation unter Verwendung chemischer (├╝blicherweise organischer) Verbindungen aus einer Zelle als "Elektronenakzeptoren" wird als Fermentation bezeichnet. Dies ist eine Alternative zur Zellatmung, bei der Elektronen von Glucose und anderen Verbindungen, die oxidiert werden, zu einem Akzeptor ├╝bertragen werden, der von au├čerhalb der Zelle, typischerweise Sauerstoff, gebracht wird.

Fermentation vs. Zellatmung

W├Ąhrend die Verg├Ąrung unter anaeroben (Sauerstoffmangel) Bedingungen stattfinden kann, kann es passieren, wenn auch Sauerstoff in ausreichender Menge vorhanden ist. Hefe beispielsweise bevorzugt die Fermentation bis zur Zellatmung, wenn gen├╝gend Glukose verf├╝gbar ist, um den Prozess zu unterst├╝tzen, selbst wenn gen├╝gend Sauerstoff verf├╝gbar ist.

Glykolyse: Der Abbau von Zucker vor der Fermentation

Wenn energiereicher Zucker - insbesondere Glukose - in eine Zelle gelangt, wird sie in einem Prozess namens Glykolyse abgebaut. Die Glykolyse ist ein notwendiger Schritt sowohl f├╝r die Zellatmung als auch f├╝r die Fermentation. Es ist ein allgemeiner Weg f├╝r den Abbau von Zucker, der zu beiden Prozessen f├╝hren kann.

Glykolyse ben├Âtigt keinen Sauerstoff

Glykolyse ist ein uralter biochemischer Prozess, der sehr fr├╝h in der Evolutionsgeschichte entstanden ist. Die Kernreaktionen f├╝r die Glykolyse wurden von Mikroorganismen lange vor der Photosynthese "erfunden", die vor etwa 3,5 Milliarden Jahren entstanden ist, die aber etwa 1,5 Milliarden Jahre brauchen w├╝rde, um die Meere und die Atmosph├Ąre mit einer nennenswerten Menge Sauerstoff zu f├╝llen. So k├Ânnen sogar komplexe Eukaryoten (die biologische "Dom├Ąne", die die Tier-, Pflanzen-, Pilz- und Protistenreiche umfasst) in der Lage sein, Energie ohne Sauerstoff zu produzieren. In Hefen, die zum Pilzreich geh├Âren, werden die chemischen Produkte der Glykolyse fermentiert, um Energie f├╝r die Zelle zu produzieren.

Von der Glykolyse bis zur Fermentation

Am Ende der Glykolyse wird die Sechs-Kohlenstoff-Struktur von Glucose in zwei Molek├╝le der Drei-Kohlenstoff-Verbindung "Pyruvat" gespalten. Au├čerdem wird die Chemikalie NADH aus einer st├Ąrker oxidierten Chemikalie namens NAD + hergestellt. In Hefe erf├Ąhrt Pyruvat eine "Reduktion", die Gewinnung von Elektronen, die dann von dem zuvor bei der Glykolyse erzeugten NADH ├╝bertragen werden, um Acetaldehyd und Kohlendioxid zu ergeben. Acetaldehyd wird dann weiter zu Ethylalkohol, dem Endprodukt der Fermentation, reduziert. Bei Tieren, einschlie├člich Menschen, kann Pyruvat fermentiert werden, wenn die Verf├╝gbarkeit von Sauerstoff gering ist. Dies gilt insbesondere f├╝r Muskelzellen. Wenn dies geschieht, obwohl winzige Mengen Alkohol produziert werden, wird das meiste Pyruvat aus der Glykolyse nicht zu Alkohol, sondern eher zu Milchs├Ąure reduziert. W├Ąhrend Milchs├Ąure tierische Zellen verlassen kann und zur Erzeugung von Energie im Herzen verwendet wird, kann sie sich in den Muskeln ansammeln und Schmerzen und verminderte sportliche Leistungsf├Ąhigkeit verursachen.

ATP und Energieproduktion via Fermentation

Der universelle Energietr├Ąger in Zellen ist eine Chemikalie, die als ATP bekannt ist. Bei Verwendung von Sauerstoff k├Ânnen Zellen ATP durch Glykolyse, gefolgt von Zellatmung, produzieren - so dass ein Molek├╝l Glukosezucker je nach Zelltyp 36-38 Molek├╝le ATP liefert. Von diesen 36-38 ATP-Molek├╝len werden nur zwei w├Ąhrend der Glykolysephase produziert. Wenn Fermentation als Alternative zur Zellatmung verwendet wird, verbrauchen Zellen viel weniger Energie als bei der Atmung.

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