Zellatmung und Energiegewinnung in der Zelle

Damit eine Zelle arbeiten kann, braucht sie Energie — bereitgestellt durch die Zellatmung, den energetischen Gegenspieler der Fotosynthese. Diese Lektion erklärt, wie in den Mitochondrien, den "Kraftwerken der Zelle", Glukose unter Sauerstoffverbrauch in Kohlendioxid und Wasser abgebaut wird, wobei die freiwerdende Energie in Form von ATP (Adenosintriphosphat) gespeichert wird — dem universellen Energieträger, der praktisch alle zellulären Prozesse antreibt.

Die drei Hauptphasen der aeroben Zellatmung werden vorgestellt: die Glykolyse im Zytosol, bei der Glukose in kleinere Moleküle gespalten wird, der Citratzyklus, in dem Acetyl-CoA weiter zu Kohlendioxid oxidiert wird, sowie die Atmungskette, in der Sauerstoff als finaler Elektronenakzeptor dient und dabei Wasser entsteht. Auch der besondere Aufbau der Mitochondrien mit eigener DNA und Doppelmembran wird thematisiert.

Ein zentraler Vergleich rundet die Lektion ab: Zellatmung ist ein exergonischer Prozess, der Energie freisetzt, während Fotosynthese ein endergonischer Prozess ist, der Energie speichert — die beiden Prozesse sind gewissermaßen spiegelbildlich zueinander, da die Produkte der Fotosynthese (Glukose und Sauerstoff) genau die Ausgangsstoffe der Zellatmung sind. Die zehn Fragen prüfen sowohl die einzelnen Phasen der Zellatmung als auch dieses übergeordnete Verständnis für den Energiekreislauf zwischen Fotosynthese und Zellatmung, wie es die KMK-Bildungsstandards Biologie für den Mittleren Schulabschluss vorsehen.

• Die Rolle der Mitochondrien als Ort der aeroben Zellatmung erklären
• Die Ausgangsstoffe und Endprodukte der Zellatmung benennen
• Die drei Hauptphasen der Zellatmung (Glykolyse, Citratzyklus, Atmungskette) in groben Zügen beschreiben
• Die Funktion von ATP als Energieträger der Zelle verstehen
• Zellatmung und Fotosynthese als energetisch gegenläufige Prozesse vergleichen

Aerobe Zellatmung in den Mitochondrien: Abbau von Glukose zu CO2 und Wasser über Glykolyse, Citratzyklus und Atmungskette, mit Sauerstoff als finalem Elektronenakzeptor und ATP als zentralem Energieträger; Gegenüberstellung zur Fotosynthese als energetisch umgekehrtem Prozess.