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Zellatmung: Atome verfolgen

Über diese App

Ein Mitochondrium als großer 3D-Schnitt: Markiere C- und O-Atome und verfolge sie von der Glukose durch Glykolyse, oxidative Decarboxylierung, Citratzyklus und Atmungskette. Die Bilanztafel füllt sich mit, der Atomzähler zeigt, dass der Sauerstoff aus O₂ im Wasser landet. Vorhersagefragen, ATP-Rechnung mit Spanne 30–32 und Vergleich mit Milchsäure- und alkoholischer Gärung.

Mit Erklärmodus: Ein KI-Tutor führt dich durch die App, zeigt in der Szene, worauf es ankommt, und beantwortet deine Fragen.

Worum es geht

Bei der Zellatmung wird Glukose schrittweise oxidiert. Die Glykolyse läuft im Zytoplasma, oxidative Decarboxylierung und Citratzyklus in der Matrix des Mitochondriums, die Atmungskette in der inneren Membran. Der Kohlenstoff verlässt die Zelle als CO₂. Die Elektronen gelangen über NADH und FADH₂ zu O₂, und dabei entsteht Wasser. Die Stoffbilanz je Glukose lautet C₆H₁₂O₆ + 6 O₂ + 6 H₂O → 6 CO₂ + 12 H₂O. Der eingeatmete Sauerstoff landet also im Wasser. Die zwölf O-Atome im CO₂ stammen bilanziell je zur Hälfte aus Glukose und aus Wasser.

Was die App zeigt

Ein Mitochondrium steht als großer 3D-Schnitt im Bild, mit Membranen, Cristae, Matrix und Intermembranraum. Links liegt das Zytoplasma mit der Glykolyse. Alle C- und O-Atome einer Glukose und der beteiligten Stoffe sind Kugeln, die ihrem Weg folgen. Markierte Atome tragen einen Ring und ziehen eine Spur. Die Bilanztafel zählt CO₂, NADH, FADH₂, ATP und Wasser je Schritt, der Atomzähler sortiert die O-Atome nach Herkunft. In der Atmungskette füllt sich der Intermembranraum mit H⁺, und die ATP-Synthase dreht sich.

Was du ausprobieren kannst

Tippe ein Atom an, um seine Gruppe zu markieren, und spiele den Weg ab. Beim ersten Durchlauf hält die App vor der Atmungskette an und fragt, wo der Sauerstoff landet. Schalte auf Sauerstoffmangel und vergleiche Milchsäuregärung und alkoholische Gärung mit der Zellatmung. Rechne die ATP-Ausbeute mit 2,5 und 1,5 oder mit den älteren Werten 3 und 2 nach und wähle den Weg des NADH aus dem Zytoplasma. Sechs Abi-Fragen, etwa zu Cyanid und FADH₂, geben eine begründete Rückmeldung.

Häufige Fragen

Wo landet der eingeatmete Sauerstoff bei der Zellatmung?
Im Wasser. O₂ reagiert erst am Ende der Atmungskette an Komplex IV. Dort nimmt es Elektronen und H⁺ auf, und aus sechs O₂ entstehen zwölf H₂O. Das CO₂ ist zu diesem Zeitpunkt bereits ohne O₂ entstanden.
Woher stammt der Sauerstoff im CO₂ der Zellatmung?
Bilanziell je zur Hälfte aus Glukose und aus Wasser: Sechs CO₂ enthalten zwölf O-Atome. Glukose bringt sechs mit, die anderen sechs stammen aus sechs H₂O, die im Citratzyklus eingebaut werden.
Wie viel ATP entsteht aus einem Molekül Glukose?
Rund 30 bis 32 ATP, gerechnet mit 2,5 ATP je NADH und 1,5 ATP je FADH₂. Ältere Schulbücher nennen 36 bis 38 ATP, weil sie mit 3 und 2 rechnen. Die Spanne hängt am Weg des NADH aus dem Zytoplasma.
Was zeigt die App zur Gärung?
Du schaltest auf Sauerstoffmangel: Nach der Glykolyse nimmt im Zytoplasma Pyruvat die Elektronen von NADH auf, und es entsteht Lactat. Bei der alkoholischen Gärung gibt Pyruvat zuerst CO₂ ab, und Ethanal wird zu Ethanol. Die Bilanz zeigt 2 ATP je Glukose. Die Gärung selbst bildet kein ATP, sie liefert NAD⁺ zurück.

Fach: Biologie (Gymnasium)

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