Der biochemische Vorgang der Atmung lässt sich mit wenigen Worten beschreiben: Die Zellen benötigen ATP als universale Energiewährung. Das Herstellen vonATPist allerdings ein energieaufwändiger Prozess, und es stellt sich jetzt die Frage, wo die Energie zur Synthese vonATPeigentlich her kommt. Menschliche, tierische und pflanzliche Zellen gewinnen diese Energie, indem sie den energiereichen Zucker Glucose (Traubenzucker) verbrennen, gemäß der Reaktionsgleichung:
Bei dieser Reaktion passieren zwei Dinge gleichzeitig:
Erstens wird Glucose oxidiert. Dazu wird Sauerstoff benötigt, den der menschliche Körper z.B. durch Lungenatmung aufnimmt und dann - im Blut gelöst - den Zellen zuführt.
Zweitens wird sehr viel Energie freigesetzt, die in den Mitochondrien der Zelle in neuesATPverwandelt wird. Dieser Prozess, der sehr viel komplizierter ist, als es in der Reaktionsgleichung oben aussieht, läuft in unseren Zellen in drei Schritten ab: Glycolyse, Citratzyklus und Atmungskette
- Bei der Glycolyse wird das Glucose-Molekül in einfachere Verbindungen abgebaut, die noch sehr viel Energie enthalten. Die Glycolyse benötigt noch keinen Sauerstoff. Da eine geringe Menge von ATP bereits in der Glycolyse synthetisiert wird, können bestimmte Organismen ihren ATP-Bedarf auch in Abwesenheit von Sauerstoff decken (Gärung).
- Im Citratzyklus oder Zitronensäurezyklus werden die Endprodukte der Glycolyse zu Kohlendioxid abgebaut, außerdem entstehen jede Menge wasserstoffreicher Verbindungen wie NADH/H+ und FADH2.
- In der Atmungskette schließlich geben die wasserstoffreichen Verbindungen des Zitronensäurezyklus ihren Wasserstoff an Sauerstoff-Moleküle ab. Dies ist eine extrem exotherme Reaktion, vergleichbar mit der Knallgasreaktion (mit der man sogar Raketen antreiben kann). Die bei dieser Reaktion freigesetzte Energie wird zur Synthese von sehr viel ATP aus ADP und Phosphat eingesetzt. Damit ist die Atmungskette nicht nur der letzte, sondern auch der wichtigste Schritt der gesamten Atmung.