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ATP – Energieüberträger in Zellen oder in Lebewesen

Energie kann viele Zustandsformen haben: Lichtenergie, Wärmeenergie, elektrische Energie oder chemische Energie. Lebende Organismen benötigen zum Aufrechterhalt ihrer Lebensfunktionen chemische Energie. Diese wird durch bestimmte chemische Eigenschaften gespeichert und kann bei Bedarf abgerufen werden, um in Arbeit umgewandelt zu werden. Der wichtigste chemische Energiespeicher der Lebewesen ist ATP (Adenosintriphosphat).

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Die aus Stoffwechselvorgängen freigesetzte Energie wird in ATP gebunden. ATP (Adenosintriphosphat) besteht aus der stickstoffhaltigen Base Adenin, die an Ribose (5-Kohlenstoffzucker) gebunden ist. An der Ribose sind drei anorganische Phosphatgruppen (P) angelagert. Reagiert ATP mit Wasser, wird eine Phosphatgruppe abgespalten. Es entsteht ADP (Adenosindiphosphat) und Phosphat. Bei dieser Reaktion wird Energie freigesetzt.

ATP+H 2 O → ADP+(P) Δ G= -30 ,5kJ • mol -1

Der Vorgang ist exergon. In der Zelle kann die exergonische ATP-Spaltung mit endergonischen Reaktionen gekoppelt sein.

ATP-Regeneration

Eine normal arbeitende Muskelzelle setzt ihren gesamten ATP-Vorrat etwa einmal pro Minute um. Das bedeutet, dass pro Sekunde und Zelle zehn Millionen ATP-Moleküle verbraucht werden. Bei maximaler Arbeit verbraucht die Muskelzelle ihren ATP-Vorrat in wenigen Sekunden.
Die im menschlichen Körper täglich verbrauchte ATP-Menge entspricht etwa dem Körpergewicht. Die Regeneration von ATP erfolgt aus ADP und Phosphat. Der Vorgang verläuft endergonisch. Er wird als Phosphorylierung bezeichnet.

ADP+(P) → ATP+H 2 O Δ G= +30 ,5kJ • mol -1

ATP ist der wichtigste Überträger chemischer Energie in der Zelle.

Lernhelfer (Duden Learnattack GmbH): "ATP – Energieüberträger in Zellen oder in Lebewesen." In: Lernhelfer (Duden Learnattack GmbH). URL: http://www.lernhelfer.de/index.php/schuelerlexikon/biologie-abitur/artikel/atp-energieuebertraeger-zellen-oder-lebewesen (Abgerufen: 30. July 2025, 11:34 UTC)

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Struktur der Mitochondrien

Mitochondrien sind Zellorganellen, in denen Teile der Zellatmung als Citratzyklus und Atmungskette ablaufen. Hier entsteht der größte Teil der aus der Atmung gewonnenen Energie. Mitochondrien werden deshalb auch als die Kraftwerke der Zellen bezeichnet. Alle Mitochondrien zeigen im Prinzip den gleichen Grundaufbau. Ihre Dimensionen entsprechen in etwa denen von Prokaryoten (Durchmesser zwischen 0,5 und 0,8 µm).

Freisetzung chemischer Energie durch unterschiedliche Stoffwechselwege

In jeder Zelle laufen hunderte von chemischen Reaktionen ab, die in ihrer Gesamtheit als Stoffwechsel (Metabolismus) bezeichnet werden. Um zu leben, benötigen alle Zellen ständig organische und anorganische Stoffe sowie chemische Energie. Zuständig für die Energiegewinnung der Zellen sind die Mitochondrien. Unter Mitwirkung von bestimmten Enzymen und Coenzymen gewinnen die Mitochondrien insbesondere aus Glucose (Traubenzucker) und Fettsäuren Energie für alle in der Zelle ablaufenden Vorgänge.Die Stoffwechselleistungen einer Zelle hängen deshalb entscheidend von ihrer Enzymausstattung ab, welche bereits genetisch festgelegt ist. Nach der Art, welche Ausgangsstoffe für die Energiegewinnung verwertet werden, unterscheidet man autotrophe und heterotrophe Organismen. Die Energie wird in Form von Adenosintriphosphat (ATP) gespeichert, so dass der Zelle stets ausreichend Energie zur Verfügung steht.Der wichtigste Weg zur ATP-Bildung ist die oxidative Phosphorylierung innerhalb der Atmungskette unter aeroben Bedingungen (Sauerstoffanwesenheit). Viele Organismen können unter anaeroben Bedingungen (Sauerstoffabwesenheit) auf ATP zurückgreifen, das in der Glykolyse entsteht. Diese Art der ATP-Bildung bezeichnet man als Gärung.

Stoffwechselwege

Unter Stoffwechsel versteht man die chemischen Reaktionen in einem Organismus.
Man unterscheidet zwischen Energiestoffwechsel und Baustoffwechsel und aufbauendem und abbauendem Stoffwechsel.
Stoffwechselvorgänge laufen fern vom chemischen Gleichgewicht ab.
Adenosintriphosphat (ATP) dient als Energieüberträger in der Zelle.
Enzyme katalysieren Stoffwechselreaktionen.
Der Energieumsatz kann durch direkte und indrekte Kalorimetrie gemessen werden.

Zellatmung im Überblick

Zellen nehmen zu ihrer Energieversorgung Glucose (Traubenzucker) auf, welche im Cytoplasma und in den Mitochondrien von Eukaryoten (Lebewesen, deren Zellen einen Zellkern besitzen) vollständig zu Kohlenstoffdioxid und Wasser abgebaut wird. Am Ende des Abbauweges gewinnt die Zelle mit Hilfe der frei werdenden Energie die energiereiche Verbindung ATP, die für viele Stoffwechselvorgänge als universelle Energiequelle für den Organismus erforderlich ist. Zur Zellatmung zählen die Prozesse der Glykolyse, des Citratzyklus und der Atmungskette.

Atmungskette

Die Atmungskette ist der letzte Schritt des in den Mitochondrien stattfindenden Glucoseabbaus und schließt sich an Glykolyse und Citratzyklus an. Die während des Citratzyklus entstandenen Coenzyme NADH und FADH 2 übertragen ihren Wasserstoff an Sauerstoff und bilden somit Wasser – eine Knallgasreaktion mitten in der Zelle - würde diese Reaktion nicht auf viele harmlose Schritte aufgespalten ablaufen – die Atmungskette. Als Endprodukt entsteht ATP, welches dem Organismus als Energie zur Verfügung steht.
Die Enzyme der Atmungskette sind bei Prokaryoten in der Cytoplasmamembran, bei Eukaryoten in der inneren Mitochondrienmembran lokalisiert. Sie bilden eine Reihe/Kette von Redoxsystemen, durch die Elektronen stufenweise in Richtung positiveres Potenzial transportiert werden. Integrale Membranproteine pumpen an drei Stellen der Reaktionskette Protonen durch die Membran, da diese nicht ohne Weiteres die Biomembranen passieren können. Es gibt drei verschiedene Transportarten für Elektronen in der Atmungskette: die ausschließliche Elektronenübertragung ( Fe 3+ zu Fe 2+ ), die Übertragung eines Wasserstoffatoms ( H +   +   e - ) oder die Übertragung eines Hydridions ( H - ).

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