Inhoud
- TL; DR (te lang; niet gelezen)
- De soorten cellen die glucose gebruiken voor energie
- Cellulaire ademhaling laat organismen glucose-energie vastleggen
- Cellulaire ademhaling begint door glucose in twee delen te breken
- Welke van een cel Organellen geeft energie vrij die is opgeslagen in voedsel?
- De citroenzuurcyclus produceert enzymen voor cellulaire ademhaling
- De elektronentransportketen vangt het grootste deel van de energie uit cellulaire ademhaling
- De ATP-molecule slaat cellulaire ademhalingsenergie op in zijn fosfaatbindingen
Levende organismen vormen een energieketen waarin planten voedsel produceren dat dieren en andere organismen gebruiken voor energie. Het belangrijkste proces dat voedsel produceert is fotosynthese in planten en de belangrijkste methode voor het omzetten van voedsel in energie is cellulaire ademhaling.
TL; DR (te lang; niet gelezen)
Het energieoverdrachtmolecuul dat door cellen wordt gebruikt is ATP. Het proces van cellulaire ademhaling zet het molecuul ADP om in ATP, waar de energie wordt opgeslagen. Dit gebeurt via het drietrapsproces van glycolyse, de citroenzuurcyclus en de elektrontransportketen. Cellulaire ademhaling splitst en oxideert glucose om ATP-moleculen te vormen.
Tijdens fotosynthese vangen planten lichtenergie op en gebruiken deze om chemische reacties in de plantencellen aan te drijven. Met de lichtenergie kunnen planten koolstof uit kooldioxide in de lucht combineren met waterstof en zuurstof uit water om zich te vormen glucose.
Bij cellulaire ademhaling eten organismen zoals dieren voedsel dat glucose bevat en breken het glucose af in energie, kooldioxide en water. De kooldioxide en het water worden uit het organisme verdreven en de energie wordt opgeslagen in een molecule genaamd adenosinetrifosfaat of ATP. Het energie-overdragende molecuul dat door cellen wordt gebruikt, is ATP en het levert de energie voor alle andere cel- en organisme-activiteiten.
De soorten cellen die glucose gebruiken voor energie
Levende organismen zijn ofwel eencellig prokaryoten of eukaryoten, die eencellig of meercellig kan zijn. Het belangrijkste verschil tussen de twee is dat prokaryoten een eenvoudige celstructuur hebben zonder kern of celorganellen. Eukaryoten hebben altijd een kern en meer gecompliceerde celprocessen.
Organismen met één cel van beide typen kunnen verschillende methoden gebruiken om energie te produceren en velen gebruiken ook cellulaire ademhaling. Geavanceerde planten en dieren zijn allemaal eukaryoten en ze gebruiken bijna uitsluitend cellulaire ademhaling. Planten gebruiken fotosynthese om energie van de zon op te vangen, maar slaan dan het grootste deel van die energie op in de vorm van glucose.
Zowel planten als dieren gebruiken de glucose geproduceerd uit fotosynthese als een energiebron.
Cellulaire ademhaling laat organismen glucose-energie vastleggen
Fotosynthese produceert glucose, maar glucose is slechts een manier om chemische energie op te slaan en kan niet direct door cellen worden gebruikt. Het algemene fotosyntheseproces kan worden samengevat in de volgende formule:
6CO2 + 12H2O + lichtenergie → C6H12O6 + 6O2 + 6H2O
De planten gebruiken fotosynthese om te zetten licht energie in chemische energie en ze slaan de chemische energie op in glucose. Een tweede proces is nodig om gebruik te maken van de opgeslagen energie.
Cellulaire ademhaling zet de in glucose opgeslagen chemische energie om in chemische energie die is opgeslagen in het ATP-molecuul. ATP wordt door alle cellen gebruikt om hun metabolisme en hun activiteiten aan te drijven. Spiercellen behoren tot de soorten cellen die glucose gebruiken voor energie, maar deze eerst omzetten in ATP.
De algehele chemische reactie voor cellulaire ademhaling is als volgt:
C6H12O6 + 6O2 → 6CO2 + 6H2O + ATP-moleculen
De cellen breken glucose af in kooldioxide en water terwijl ze energie produceren die ze opslaan in ATP-moleculen. Vervolgens gebruiken ze de ATP-energie voor activiteiten zoals spiercontractie. Het volledige cellulaire ademhalingsproces heeft drie fasen.
Cellulaire ademhaling begint door glucose in twee delen te breken
Glucose is een koolhydraat met zes koolstofatomen. Tijdens de eerste fase van het cellulaire ademhalingsproces genoemd glycolyse, breekt de cel de glucosemoleculen in twee moleculen pyruvaat of drie koolstofmoleculen. Om het proces op gang te brengen is energie nodig, dus twee ATP-moleculen uit de celreserves worden gebruikt.
Aan het einde van het proces, wanneer de twee pyruvaatmoleculen worden gemaakt, wordt energie vrijgegeven en opgeslagen in vier ATP-moleculen. Glycolyse gebruikt twee ATP-moleculen en produceert vier voor elk verwerkt glucosemolecuul. De netto winst is twee ATP-moleculen.
Welke van een cel Organellen geeft energie vrij die is opgeslagen in voedsel?
Glycolyse begint in het celcytoplasma, maar het celademhalingsproces vindt voornamelijk plaats in de mitochondria. De soorten cellen die glucose gebruiken voor energie omvatten bijna elke cel in het menselijk lichaam, met uitzondering van zeer gespecialiseerde cellen zoals bloedcellen.
De mitochondriën zijn kleine membraangebonden organellen en zijn de celfabrieken die ATP produceren. Ze hebben een glad buitenmembraan en een sterk gevouwen binnenste membraan waar de cellulaire ademhalingsreacties plaatsvinden.
De reacties vinden eerst plaats in de mitochondriën om een energiegradiënt over het binnenmembraan te produceren. Daaropvolgende reacties met betrekking tot het membraan produceren de energie die wordt gebruikt om ATP-moleculen te maken.
De citroenzuurcyclus produceert enzymen voor cellulaire ademhaling
Het pyruvaat geproduceerd door glycolyse is niet het eindproduct van cellulaire ademhaling. Een tweede fase verwerkt de twee pyruvaatmoleculen tot een andere intermediaire stof genaamd acetyl COA. Het acetyl CoA komt de citroenzuurcyclus binnen en de koolstofatomen van het oorspronkelijke glucosemolecuul worden volledig omgezet in CO2. De citroenzuurwortel wordt gerecycled en wordt gekoppeld aan een nieuw acetyl CoA-molecuul om het proces te herhalen.
De oxidatie van de koolstofatomen produceert nog twee ATP-moleculen en zet de enzymen NAD om+ en FAD naar NADH en FADH2. De omgezette enzymen worden gebruikt in de derde en laatste fase van cellulaire ademhaling, waar ze fungeren als elektronendonoren voor de elektronentransportketen.
De ATP-moleculen vangen een deel van de geproduceerde energie op, maar de meeste chemische energie blijft achter in de NADH-moleculen. De citroenzuurcyclusreacties vinden plaats in de mitochondriën.
De elektronentransportketen vangt het grootste deel van de energie uit cellulaire ademhaling
De elektron transportketen (ENZOVOORT) bestaat uit een reeks verbindingen op het binnenmembraan van de mitochondriën. Het maakt gebruik van elektronen van de NADH en FADH2 enzymen geproduceerd door de citroenzuurcyclus om protonen door het membraan te pompen.
In een ketting van reacties, de hoogenergetische elektronen van NADH en FADH2 worden doorgegeven door de reeks ETC-verbindingen waarbij elke stap leidt tot een lagere elektronenenergietoestand en protonen die over het membraan worden gepompt.
Aan het einde van de ETC-reacties accepteren zuurstofmoleculen de elektronen en vormen watermoleculen. De elektronenenergie die oorspronkelijk afkomstig is van de splitsing en oxidatie van het glucosemolecuul is omgezet in een proton energiegradiënt over het binnenste membraan van de mitochondriën.
Omdat er een onbalans is van protonen over het binnenmembraan, ondervinden de protonen een kracht om terug te diffunderen naar het inwendige van de mitochondriën. Een enzym genaamd ATP-synthase is ingebed in het membraan en creëert een opening, waardoor de protonen terug over het membraan kunnen bewegen.
Wanneer de protonen door de opening van ATP-synthase gaan, gebruikt het enzym de energie van de protonen om ATP-moleculen te maken. Het grootste deel van de energie uit cellulaire ademhaling wordt in dit stadium opgevangen en opgeslagen in 32 ATP-moleculen.
De ATP-molecule slaat cellulaire ademhalingsenergie op in zijn fosfaatbindingen
ATP is een complexe organische chemische stof met een adeninebase en drie fosfaatgroepen. Energie wordt opgeslagen in de bindingen die de fosfaatgroepen bevatten. Wanneer een cel energie nodig heeft, verbreekt deze een van de binding van de fosfaatgroepen en gebruikt de chemische energie om nieuwe bindingen in andere celstoffen te creëren. Het ATP-molecuul wordt adenosinedifosfaat of ADP.
Bij cellulaire ademhaling wordt de vrijgemaakte energie gebruikt om een fosfaatgroep aan ADP toe te voegen. De toevoeging van de fosfaatgroep vangt de energie uit glycolyse, de citroenzuurcyclus en de grote hoeveelheid energie uit de ETC. De resulterende ATP-moleculen kunnen door het organisme worden gebruikt voor activiteiten zoals beweging, op zoek naar voedsel en reproductie.