Die Atmung unterm Mikroskop
Für diejenigen, die den gesamten Atemvorgang noch besser verstehen wollen, lohnt sich ein Blick in die kleinsten Bausteine unseres Organismus – unsere Zellen, bzw. noch tiefer in unsere Mitochondrien.
Denn die tatsächliche Atmung – also das Luftholen und die Zellatmung – sind zwei miteinander verbundene, aber unterschiedliche Prozesse, die für die Versorgung unseres Körpers mit lebensnotwendiger Energie entscheidend sind.
So wird geatmet
Die tatsächliche Atmung sorgt dafür, dass Sauerstoff aus der Luft über die Lungen ins Blut gelangt. Danach wird er über den Blutkreislauf zu den Zellen unseres Körpers transportiert, in denen dann der komplexe Prozess der Zellatmung stattfindet. Die Zellatmung findet allerdings genau genommen in den Mitochondrien der Zellen statt. Die Mitochondrien sind Bestandteile unserer Zellen und um sich die Dimensionen ein bisschen besser vorstellen zu können, folgende Zahlen: der menschliche Körper besteht – natürlich abhängig von Größe und Gewicht – durchschnittlich aus rund 75 Billionen Zellen. Die Größe der Zellen variiert zwar stark, aber menschliche Zellen haben in der Regel einen Durchmesser zwischen 1 und 30 Mikrometern (1 Millimeter = 1.000 Mikrometer) und Mitochondrien kommen – außer in den roten Blutkörperchen – in allen Zellen unseres Körpers in großer Zahl vor, pro Zelle zählen die Wissenschaftler zwischen 100 und 10.000 Mitochondrien.
Die Zellatmung
Und eben diese Mitochondrien, die in unseren Zellen sitzen, benötigen den durch die tatsächliche Atmung aufgenommenen Sauerstoff, um Energie in Form von ATP (Adenosintriphosphat) aus Nährstoffen, meistens Glukose, zu gewinnen. Der Prozess der sogenannten Zellatmung besteht dabei aus mehreren Schritten: der Glykolyse, dem Citratzyklus und der Atmungskette.
Schritt 1: Die Glykolyse
Als Glykolyse bezeichnet man den Gewinn von Energie durch den Abbau von Zucker (Glucose). Dieser energieliefernde Stoffwechselvorgang kommt in allen lebenden Körperzellen vor.
Schritt 2: Der Citratzyklus
Durch den Citratzyklus, der in der äußeren Membran der Mitochondrien stattfindet, wird der in Molekülen gebundene Wasserstoff mit molekularem Sauerstoff zu Wasser verwandelt. So entstehen energiereiche Moleküle, die in Folge für den 3. Schritt der Zellatmung, dringend benötigt werden.
Schritt 3: Die Atmungskette
Die Atmungskette wird auch Elektronentransportkette genannt und ist der zentrale Bestandteil der Zellatmung. Er findet in den inneren Membranen der Mitochondrien statt. Das in den Mitochondrien entstehende Adenosintriphosphat (ATP) speichert die durch Glykolyse gewonnene Energie in den Bindungen zwischen drei verschiedenen Phosphatgruppen (Phosphat zählt zu den wichtigsten Mineralstoffen unseres Körpers). Das im Zuge von Schritt 2 entstandene Wasser wiederum reagiert mit dem vorhandenen Adenosintriphosphat und dieses verliert durch diesen Vorgang eine seiner drei Phosphatgruppen, es wird von Adenosintriphosphat (ATP) zu Adenosindiphosphat (ADP). Und die Energie, die durch Verlust einer dieser Phosphatgruppen frei wird, ermöglicht nun Zellprozesse wie Muskelkontraktionen, Nervenimpulse, Transportvorgänge oder neue Molekülverbindungen.
Ohne Adenosintriphosphat geht gar nichts
Ohne das ATP in unseren Mitochondrien könnten unsere Zellen keine einzige lebenswichtige Funktion wie z. B. Bewegung, Wachstum, Zellreparatur oder Stoffwechsel ausführen. Je nach Energiebedarf, z. B. beim Sport oder aber auch bei emotionalen Belastungen, arbeiten unsere Zellen, also genau genommen die Mitochondrien, stärker oder schwächer – das erklärt, warum sie umgangssprachlich auch als „Kraftwerke“ unseres Körpers bezeichnet werden.
Letzten Endes entsteht als Abfallprodukt dieses gesamten Prozesses der Zellatmung Kohlendioxid (CO2) und Wasser. Das CO2 wird über den Blutkreislauf zu den Lungen transportiert und gemeinsam mit dem Wasser (das zusaätzlich auch über die Nieren als Urin und den Scheiß abgegeben wird) wieder ausgeatmet.
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