Sauerstoffkreislauf

Hallo, ich grüße Euch. Ich möchte mich vorstellen: Mein Name ist Oxygenium Fly. Ich bin ein Sauerstoffmolekül, und ich befinde mich gerade in einem Gasgemisch und bin von Stickstoffmolekülen umgeben. Und das ist Kohlenstoffdioxid. Ihre Kurznamen sind N₂ und CO₂. Und meiner ist O₂. Die anderen blauen, doppelten Kugeln, alle Zwillinge, genau wie ich sind sie zweiatomig. Wir alle, alle Teilchen, bilden das Gasgemisch Luft. Die Bestandteile der Luft sind in ständiger Bewegung und sie können eigentlich nichts dagegen tun. Ach ja, das habe ich noch vergessen. Das Wassermolekül. Davon sind natürlich auch viele in der Erdatmosphäre und sie machen die Luftfeuchtigkeit aus. Heute gehe ich mit euch auf Reisen. Den Stickstoff nehmen wir nicht mit, weil er so träge ist. Er soll uns nicht begleiten. Kohlenstoffdioxid und Wasser werden wir bestimmt wieder begegnen, die dürfen noch einen Moment bleiben. Sicherlich begegnen wir noch anderen Dingen. Ich bin sehr gespannt. Also, unser Thema ist die Wanderschaft des Sauerstoffs. Besser gesagt, der Sauerstoffkreislauf. Heute suchen wir auf der Reise Partner, die wir mögen und mit denen wir uns verbinden können. Puh, der Wind treibt uns über die Landschaft. Wir fliegen auf einen Baum mit Äpfeln, einen Gärtner und ein Rind zu. Zwei von uns bleiben oben in der Luft und ein Molekül landet in dem plätschernden, kühlen Bachwasser und wird aufgenommen. Auch die anderen verschwinden scheinbar. Viele fliegen einfach vorbei und weiter. Doch was geschieht mit dem eingeatmeten Sauerstoff beim Rind, dem Menschen und den Blättern und Früchten, den Äpfeln? Ja, man glaubt es nicht. Pflanzen atmen auch, nur wird die Atmung tagsüber von der Fotosynthese überdeckt, so dass man sie nicht bemerkt. Sauerstoff wird für die Zellatmung benötigt. Begleiten wir den Sauerstoff, der in die Kuh gelangt. Ich glaube, wir sind in der Lunge von diesem Rindvieh gelandet. Mann, ist das hier dunkel, feucht und warm, und enger wird es auch noch. Nanu, jetzt sind wir an einer kleinen, hohlen Kugel angekommen. Es muss ein Lungenbläschen sein. Wir fliegen direkt auf eine Wand, eine Membran zu, die kleine Öffnungen hat. Da kommen uns schon andere aus den Poren der Zellmembran entgegen. "Hallo, wie heißt ihr?" "Blöde Frage. Wir sind die Kohlendioxidmoleküle, und wir kommen aus den Körperzellen. Bitte eintreten. Rein mit Euch." "Danke für die Einladung." Wir kommen in eine rote Flüssigkeit und da bewegen sich kleine, eingedellte Scheiben, die uns wie ein Magnet anziehen. Alles klar. Im Blut haben uns die roten Blutkörperchen nun aufgenommen und locker gebunden. Ab geht die Reise weiter. Wir werden mit dem warmen Blut angesaugt. Hey, sind wir in einem Herzen, in der linken Herzkammer angekommen? Natürlich sind wir. Plötzlich wird es eng und der Druck steigt an. Mit großer Geschwindigkeit werden wir herausgeschleudert. Toll, das Tempo in der großen Arterie, der Aorta. Dann geht es aber allmählich langsamer voran. In den Arteriolen und dann weiter in den Kapillaren lässt der Druck nach. Kein Grund, sich zu beschweren. Wenn es nur nicht so eng würde in den Haargefäßen. Schon sind wir zu Körperzellen gelangt. Die roten Scheiben lassen uns erstaunlicherweise los, so kurz vor der Zellmembran. Und schon sind wir hindurch gewandert. "Wie findest du es hier im Zellplasma?" "Na ja, es geht so, nur etwas zu süß." Das kommt von den Glucosemolekülen. Hier eines im Modell. Es hat die Formel C₆H₁₂O₆. Die energiereiche Glucose wird in der Glykolyse, so heißt der biochemische Vorgang, in Kohlenstoffdioxid und Wassermoleküle zurückverwandelt, und liefert dabei etwas Energie. Kurz zuvor bist du diesen bereits begegnet. "Aufgepasst, Vorsicht!" Wir sind in ein Mitochondrium hinein gewandert. Hier ist vielleicht was los, wie in einem Kraftwerk. Hier erfolgen der Citratzyklus und die Atmungskette. Inzwischen sind aus der Glucose sechs Wasser- und sechs Kohlenstoffdioxidmoleküle hervorgegangen. Aber es sind auch noch 24 Wasserstoffionen da. Sie werden hier vereinfacht als rote Kugeln dargestellt. Jetzt kommen wir sechs Sauerstoffmoleküle in das Spiel. Wir tragen zu der Energiefreisetzung an der inneren Mitochondrienmembran bei. Wir wurden bereits zuvor gespalten und können nun mit dem Wasserstoff reagieren. Aber bitte einer nach dem anderen. Enzyme sorgen dafür, dass es schön langsam geht, damit die freiwerdende Energie vom ADP abgefangen wird. Es wird dabei zu ATP, dem Adenosintriphosphat. All das geschieht im Verlauf der Atmungskette. Weil der Wasserstoff oxidiert wird, spricht man von einer biologischen Oxidation oder, ganz schlicht und einfach, von der Zellatmung. Endlich. Jetzt existieren wir Sauerstoffmoleküle als Wassermoleküle weiter. Aus einem Molekül Glucose wurden 12 H₂O und 38 ATP. ATP steht nun der Zelle als Energieträger zur Verfügung. Die Zelle gewann Lebensenergie, ohne dass es zur Knallgasreaktion kam. Lange bleiben wir nicht in der Zelle, denn es entstehen weitere Wassermoleküle und wir werden regelrecht verdrängt. Jetzt retour ins Blut. Wieder in die Kapillaren, die Venolen, die Venen und über die rechte Herzhälfte in den Körperkreislauf zurück. Ich verabschiede mich schnell von den anderen Wassermolekülen, denn wer weiß schon, ob sie in der Lunge, den Nieren oder der Haut landen. Alle Organe haben Ausscheidungsfunktion und sie können uns im gasförmigen und flüssigen Zustand abgeben. Oh nein, muss das sein? Erst die vierfache Filterung in der Niere, und jetzt bin ich soeben in der Blase angekommen. Oh je. Nanu? Es wird hell und platsch, bin ich auf der Erde. Hurra, ich bin draußen. Ich hab's geschafft. Der Boden saugt mich wie ein Schwamm auf. Aber jetzt zunächst eine Zusammenfassung: Die Glucose wird mittels aufgenommenen Wassers enzymatisch während der Glykolyse abgebaut. Dabei werden Kohlenstoffdioxid und Wasser freigesetzt. Ein Abbauprodukt der Glucose, das Acetyl-Coenzym A, gelangt in den Zitronensäurezyklus, in dem sich die Abspaltung von Kohlenstoffdioxid weiter fortsetzt. Alle Reaktionen dienten bisher dazu, Wasserstoffionen zu gewinnen, die in der Atmungskette, in der inneren Mitochondrienmembran, von Bedeutung sind. Dort erfolgen Redoxreaktionen. Sauerstoffatome reagieren Schritt für Schritt mit Wasserstoffionen, so dass sie zu Wasser reduziert werden. Dabei entsteht das wichtigste Endprodukt der Zellatmung, das ATP. So, jetzt weißt du, wo ich, Oxygenium Fly, angekommen bin, nämlich im Wasser. Sehen wir uns beim zweiten Teil wieder? Wenn ja, dann merk dir die Gesamtgleichung. Ich sage tschüss, bis zum nächsten Mal!