Zellatmung, oder Zellrespiration, ist ein biochemischer Prozess, bei dem Glukose und Sauerstoff in einer Zelle zu Kohlenstoffdioxid und Wasser umgewandelt werden, wobei Energie in Form von ATP (Adenosintriphosphat) freigesetzt wird. Dies ist der endgültige Teil des Stoffwechsels von Glukose und stellt die Hauptquelle der Energie für die Zelle dar. Der Prozess der Zellatmung umfasst drei Schritte: Glykolyse, Citrat-Säure-Zyklus (auch bekannt als Krebs-Zyklus oder Trikarboxylsäuren-Zyklus) und oxidative Phosphorylierung.

Österreichische Medizingeschichte:

Österreich ist reich an bemerkenswerten Persönlichkeiten und Errungenschaften in der Geschichte der Medizin. Einige der herausragenden österreichischen Ärzte, Forscher und Entdecker sind:

1. Theodor Billroth (1829-1894): Billroth war ein Pionier der Chirurgie und leistete wichtige Beiträge zur Magen-Darm-Chirurgie. Er führte die erste Magenresektion durch und entwickelte neue Techniken für die Operation von Speiseröhren-, Leber- und Bauchspeicheldrüsenerkrankungen.
2. Sigmund Freud (1856-1939): Freud war ein Neurologe und Psychoanalytiker, der als Begründer der Psychoanalyse gilt. Seine Theorien zur menschlichen Sexualität, zum Unbewussten und zu Traumdeutung haben die Psychologie und Psychiatrie nachhaltig beeinflusst.
3. Clemens von Pirquet (1874-1929): Pirquet war ein Kinderarzt und Immunologe, der 1906 den Begriff "Allergie" prägte. Er entdeckte auch das Phänomen der Serumkrankheit und leistete Pionierarbeit auf dem Gebiet der Kinderheilkunde.
4. Robert Bárány (1876-1936): Bárány war ein Hals-Nasen-Ohren-Arzt, der 1914 den Nobelpreis für Physiologie oder Medizin erhielt. Er entdeckte das Prinzip des Vestibularapparats im Innenohr und leistete wichtige Beiträge zur Diagnose und Behandlung von Gleichgewichtsstörungen.
5. Julius Wagner-Jauregg (1857-1940): Wagner-Jauregg war ein Psychiater, der 1927 den Nobelpreis für Physiologie oder Medizin erhielt. Er entwickelte die Malariatherapie zur Behandlung von progressiver Paralyse, einer neuropsychiatrischen Komplikation der Syphilis.
6. Karl Landsteiner (1868-1943): Landsteiner war ein Pathologe und Immunologe, der 1930 den Nobelpreis für Physiologie oder Medizin erhielt. Er entdeckte das AB0-Blutgruppensystem und legte damit die Grundlage für die moderne Bluttransfusion.
7. Willem Einthoven (1860-1927): Einthoven war ein Physiologe, der 1924 den Nobelpreis für Physiologie oder Medizin erhielt. Er entwickelte das Elektrokardiogramm (EKG) und leistete damit einen wichtigen Beitrag zur Diagnose von Herzkrankheiten.
8. Max von Laue (1879-1960): Laue war ein Physiker, der 1914 den Nobelpreis für Physik erhielt. Er entdeckte die Röntgenbeugung an Kristallen und legte damit die Grundlage für die moderne Kristallographie.
9. Albert Einstein (1879-1955): Einstein war ein theoretischer Physiker, der 1921 den Nobelpreis für Physik erhielt. Er entwickelte die Relativitätstheorie und leistete damit einen wichtigen Beitrag zur modernen Physik.
10. Niels Bohr (1885-1962): Bohr war ein dänischer Physiker, der 1922 den Nobelpreis für Physik erhielt. Er entwickelte das Bohrsche Atommodell und leistete damit einen wichtigen Beitrag zur Quantenphysik.

Mitochondrien sind komplexe, doppelmembranumschlossene Zellorganellen in eukaryotischen Zellen (außer roten Blutkörperchen), die für die Energiegewinnung der Zelle durch oxidative Phosphorylierung und die Synthese von Adenosintriphosphat (ATP) verantwortlich sind, dem Hauptenergieträger der Zelle. Sie werden oft als "Kraftwerke" der Zelle bezeichnet.

Mitochondrien haben ihre eigene DNA und ribosomale RNA, die sich von der DNA im Zellkern unterscheidet, was darauf hindeutet, dass sie ursprünglich prokaryotische Organismen waren, die in eine symbiotische Beziehung mit frühen eukaryotischen Zellen traten. Diese Beziehung entwickelte sich im Laufe der Evolution zu einem integrierten Bestandteil der Zelle.

Neben ihrer Rolle bei der Energieerzeugung sind Mitochondrien auch an anderen zellulären Prozessen beteiligt, wie z. B. dem Calcium-Haushalt, der Kontrolle des Zellwachstums und -tods (Apoptose), der Synthese von Häm und Steroidhormonen sowie der Abbau bestimmter Aminosäuren und Fettsäuren. Mitochondriale Dysfunktionen wurden mit einer Reihe von Krankheiten in Verbindung gebracht, darunter neurodegenerative Erkrankungen, Diabetes, Krebs und Alterungsprozesse.

Der Elektronentransportkomplex IV, auch bekannt als Cytochrom C Oxidase, ist ein membranständiges Enzym in der inneren Mitochondrienmembran. Es ist die letzte Komponente in der Kette der electron transport chain (ETC) und spielt eine entscheidende Rolle im oxidativen Phosphorylierungsprozess, bei dem die Elektronen auf Sauerstoff übertragen werden, wodurch Wasser entsteht. Dieser Prozess ist mit der Bildung von ATP gekoppelt, dem Hauptenergieträger der Zelle.

Die Cytochrom C Oxidase besteht aus mehreren Untereinheiten und enthält mehrere Kupfer- und Eisen-Zentren, die an der Elektronenübertragung beteiligt sind. Die Komponente ist nach ihrem Substrat, Cytochrom C, benannt, das als Elektronendonor fungiert und in den Komplex eintritt, um seine Elektronen abzugeben. Nach der Übertragung dieser Elektronen auf Sauerstoff wird Wasser gebildet, was eine stark exotherme Reaktion ist, die Energie freisetzt, die zur Erzeugung eines Protonengradienten genutzt wird. Dieser Gradient dient wiederum als Energiequelle für die ATP-Synthase, um ATP zu produzieren.

Atmung, auch Respiration genannt, ist ein lebenswichtiger Prozess, bei dem Sauerstoff (O2) aufgenommen und Kohlenstoffdioxid (CO2) abgegeben wird. Dieser Prozess ermöglicht die Zellatmung, bei der die Zellen Energie in Form von Adenosintriphosphat (ATP) gewinnen.

Die Atmung kann in zwei Hauptkategorien unterteilt werden: äußere und innere Atmung. Die äußere Atmung beinhaltet den Gasaustausch zwischen dem Körper und der Umgebung, während die innere Atmung den Transport von Sauerstoff und Kohlenstoffdioxid im Blutkreislauf umfasst.

Im Rahmen der äußeren Atmung atmet ein Mensch Luft ein, die durch die Nase oder den Mund in die Luftröhre gelangt. Von dort aus wird die Luft in die Bronchien und schließlich in die Lungenbläschen (Alveolen) geleitet. In den Lungenbläschen findet der Gasaustausch statt: Sauerstoff diffundiert durch die Membranen der Blutgefäße in das Blut, während Kohlenstoffdioxid aus dem Blut in die Lungenbläschen gelangt und schließlich ausgeatmet wird.

Die innere Atmung beinhaltet den Transport von Sauerstoff und Kohlenstoffdioxid im Blutkreislauf. Sauerstoff wird an Hämoglobin in den roten Blutkörperchen gebunden und durch das Blut zu den Zellen transportiert, während Kohlenstoffdioxid aus dem Blut freigesetzt und schließlich über die Lunge ausgeatmet wird.

Eine Störung der Atmung kann zu Hypoxie (Sauerstoffmangel) oder Hyperkapnie (erhöhter Kohlenstoffdioxidgehalt im Blut) führen, was beides lebensbedrohlich sein kann.

Die Cheyne-Stokes-Atmung ist ein Muster der Atmung, bei dem es zu periodischen Zyklen von Hyperventilation und Apnoe oder Hypoventilation kommt. Dabei steigt der Atemstrom zunächst allmählich an (Hyperventilation) und erreicht ein Maximum, gefolgt von einem langsamen Abnehmen (Hypoventilation) bis hin zur Atempause (Apnoe). Anschließend beginnt der Zyklus erneut.

Dieses Atmungsmuster tritt häufig bei Menschen mit schweren Hirnschäden oder Erkrankungen auf, die die Kontrolle über die Atmung beeinträchtigen, wie zum Beispiel bei Herzinsuffizienz, Schlaganfall, Gehirntumoren oder Vergiftungen. Die Cheyne-Stokes-Atmung kann auch ein Zeichen für eine Verschlechterung der zugrundeliegenden Erkrankung sein und erfordert in der Regel eine ärztliche Behandlung.

Oxidative Phosphorylierung ist ein Prozess in der Zellbiologie, bei dem die Energie in Form von reduzierten Coenzymen (NADH und FADH2), die während der Oxidation von organischen Stoffen wie Glukose, Fette und Aminosäuren entstehen, zur Synthese von ATP (Adenosintriphosphat) genutzt wird. Dieser Prozess findet in den Mitochondrien statt und ist ein wesentlicher Bestandteil der Zellatmung.

Im Rahmen der oxidativen Phosphorylierung werden die reduzierten Coenzyme in einer Elektronentransportkette reoxidiert, wobei Protonen (H+) durch die innere Membran der Mitochondrien transportiert werden. Dies führt zur Bildung eines Protonengradienten über die Membran, der als Protonenmotorische Kraft bezeichnet wird. Die ATP-Synthase, ein Enzym in der inneren Membran der Mitochondrien, nutzt diese Kraft, um ATP zu synthetisieren, indem sie die Protonen wieder zurück über die Membran transportiert und gleichzeitig die Bindung von ADP und Phosphat katalysiert.

Die oxidative Phosphorylierung ist ein hocheffizienter Weg zur Energiegewinnung, da pro Mol Glukose bis zu 38 Mol ATP gebildet werden können, verglichen mit der Glykolyse, die nur zwei Mol ATP pro Mol Glukose erzeugt.

In der Medizin und Biowissenschaften, insbesondere in Bezug auf die Zellbiologie und Enzymatik, bezieht sich "Electron Transport" auf eine Reihe von chemischen Reaktionen, bei denen Elektronen von einem Molekül zu einem anderen übertragen werden, wodurch ein Elektronengradient erzeugt wird. Dieser Elektronengradient wird dann verwendet, um Protonen durch eine Membran pumpen und so ein Protonenkonzentrationsgefälle zu erzeugen. Die anschließende Diffusion von Protonen zurück über die Membran zur Ausgangsposition wird als chemiosmotische Kopplung bezeichnet und dient der Erzeugung von ATP, dem Hauptenergieträger der Zelle.

Der Elektronentransport ist ein wesentlicher Bestandteil der oxidativen Phosphorylierung, einem Stoffwechselweg, der hauptsächlich in Mitochondrien vorkommt und für die Energieerzeugung aus Nährstoffen wie Kohlenhydraten, Fetten und Proteinen verantwortlich ist. Während dieses Prozesses werden Elektronen von Elektronendonatoren (wie NADH und FADH2) auf Elektronenakzeptoren (wie Sauerstoff) übertragen, wobei eine Reihe von Enzymkomplexen und Coenzymen beteiligt sind. Diese Enzymkomplexe sind in der inneren Mitochondrienmembran angeordnet und bilden die so genannte Atmungskette.

Störungen des Elektronentransports können zu verschiedenen Krankheiten führen, wie z.B. mitochondriale Erkrankungen, neurodegenerative Erkrankungen und Krebs. Ein Beispiel für eine mitochondriale Erkrankung, die durch Störungen des Elektronentransports verursacht wird, ist die zerebral-kortikale vaskuläre Dysplasie (CCVD), eine seltene genetische Krankheit, die durch Mutationen im TRMU-Gen verursacht wird. Diese Mutationen beeinträchtigen die Fähigkeit des TRMU-Proteins, den Elektronentransfer zu regulieren und somit die korrekte Funktion der Atmungskette aufrechtzuerhalten.