Aus Gründen der Systematik wird der Weg des Sauerstoffs mit seiner Aufnahme aus der Umgebungsluft bis zu seiner „Verarbeitung“ in den Mitochondrien als Atmung bezeichnet. Der Begriff „innere Atmung“ oder „Zellatmung“ unterstreicht diese Systematik. Bei der Lehrplaneinheit Atmung bietet es sich an, den Schülern/innen diese übergreifende Zusammenhänge aufzuzeigen. Die inhaltliche Erarbeitung wird bereits im Rahmen der Energiebereitstellung geleistet.

Der physikalische Transport bis zu den roten Blutkörperchen wird als äußere Atmung bezeichnet.

Der chemische Vorgang der inneren Atmung beginnt nach der Aufnahme des Sauerstoffes aus der Blutbahn in die Körperzellen. Der Weg des Endproduktes CO2 von der Atmungskette zurück bis zur Abatmung soll im Rahmen der Gesamtsystematik ebenfalls erläutert werden.

Im Wesentlichen umschließt der Begriff innere Atmung den aeroben biochemischen Abbau komplexer Kohlenstoffverbindungen (v.a. Fette und Kohlenhydrate) im Bereich der Mitochondrien.

Das Stoffgebiet knüpft damit an den Bereich der Energiebereitstellung an, wobei im Gegensatz zur Biologie/Chemie der Qualifizierungsstufe weitgehend auf die Verwendung chemischer Formeln verzichtet werden soll.

Der in den Mitochondrien ablaufende Vorgang im Überblick:

Das Endprodukt der Glycolyse (Pyruvat) wird in die Mitochondrien transportiert. Die unter CO2-Abspaltung entstehende aktivierte Essigsäure wird anschließend im Citratzyklus unter Bildung von Kohlenstoffdioxid weiter oxidiert. Dabei wird NADH/H+, FADH2 erzeugt. (àSinn des Citratzykluses)

Im folgenden Reaktionskomplex, der Atmungskette, werden Elektronen von NADH/H+, FADH2 letztendlich auf den Sauerstoff übertragen. In einer gebremst ablaufenden Knallgasreaktion – dadurch wird die Zerstörung der Zelle verhindert – entsteht das Reaktionsendprodukt Wasser. Dabei wird Energie frei, die zur Synthese von ATP an der inneren Membran der Mitochondrien verwendet und als Wärme abgegeben wird.

Summengleichung der aeroben Energiegewinnung (Zellatmung):

C6H12O6 + 6 O2 + 32 ADP + 32 P à 6 H2O + 6 CO2 +32 ATP

Anmerkung:

Früher ging man davon aus, dass pro NADH/H+ in der Atmungskette 3 ATP gebildet werden. Neuere Forschungsergebnisse weisen darauf hin, dass es weniger sind. Man rechnet üblicherweise mit dem Faktor 2,5.

Daraus ergeben sich unterschiedliche Angaben zur ATP-Ausbeute in der Literatur, die zwischen 30 und 38 schwanken.

Übersicht über die Vorgänge beim Stoffabbau