Inhoud
- Vergelijking van cellulaire ademhaling
- glycolyse
- De brugreactie
- De Krebs-cyclus
- De elektronen transportketen
Cellulaire ademhaling is de som van de verschillende biochemische middelen die eukaryote organismen gebruiken om te extraheren energie van voedsel, specifiek glucose moleculen.
Het cellulaire ademhalingsproces omvat vier basisfasen of stappen: glycolyse, die voorkomt in alle organismen, prokaryotisch en eukaryotisch; de brugreactie, die het podium voor aërobe ademhaling bepaalt; en de citroenzuurcyclus en de elektron transportketen, zuurstofafhankelijke routes die na elkaar in de mitochondriën voorkomen.
De stappen van cellulaire ademhaling gebeuren niet met dezelfde snelheid, en dezelfde reeks reacties kan met verschillende snelheden in hetzelfde organisme op verschillende tijdstippen plaatsvinden. Er wordt bijvoorbeeld verwacht dat de snelheid van glycolyse in spiercellen sterk zal toenemen tijdens intensiteit anaërobe oefening, die een "zuurstofschuld" met zich meebrengt, maar de stappen van aerobe ademhaling versnellen niet merkbaar tenzij oefening wordt uitgevoerd op een aerobe, "pay-as-you-go" intensiteitsniveau.
Vergelijking van cellulaire ademhaling
De complete cellulaire ademhalingsformule ziet er enigszins anders uit van bron tot bron, afhankelijk van wat de auteurs ervoor kiezen op te nemen als zinvolle reagentia en producten. Veel bronnen laten bijvoorbeeld de elektronendragers NAD weg+/ NADH en FAD2+/ FADH2 uit de biochemische balans.
Over het algemeen wordt het zes-koolstof suikermolecuul glucose omgezet in koolstofdioxide en water in aanwezigheid van zuurstof om 36 tot 38 moleculen ATP (adenosinetrifosfaat, de natuurbrede "energievaluta" van cellen) op te leveren. Deze chemische vergelijking wordt voorgesteld door de volgende vergelijking:
C6H12O6 + 6 O2 → 6 CO2 + 12 H2O + 36 ATP
glycolyse
De eerste fase van cellulaire ademhaling is glycolyse, dat is een set van tien reacties waarvoor geen zuurstof nodig is en komt daarom in elke levende cel voor. Prokaryoten (uit de domeinen Bacteriën en de Archaea, voorheen "archaebacteriën" genoemd) maken vrijwel uitsluitend gebruik van glycolyse, terwijl eukaryoten (dieren, schimmels, protisten en planten) het voornamelijk gebruiken als een tafelzetter voor de meer energetisch lucratieve reacties van aerobe ademhaling.
Glycolyse vindt plaats in het cytoplasma. In de "investeringsfase" van het proces worden twee ATP verbruikt terwijl twee fosfaten aan het glucosederivaat worden toegevoegd voordat het wordt gesplitst in twee drie-koolstofverbindingen. Deze worden omgezet in twee moleculen van pyruvaat, 2 NADH en vier ATP voor een nettowinst van twee ATP.
De brugreactie
De tweede fase van cellulaire ademhaling, de overgang of brugreactie, krijgt minder aandacht dan de rest van cellulaire ademhaling. Zoals de naam al aangeeft, zou er geen manier zijn om van glycolyse naar de aërobe reacties te komen zonder deze.
In deze reactie, die optreedt in de mitochondriën, worden de twee pyruvaatmoleculen uit glycolyse omgezet in twee moleculen acetylco-enzym A (acetyl CoA), met twee moleculen CO2 geproduceerd als metabolisch afval. Er wordt geen ATP geproduceerd.
De Krebs-cyclus
De Krebs-cyclus genereert niet veel energie (twee ATP), maar door het twee-koolstofmolecuul acetyl CoA te combineren met het vier-koolstofmolecuul oxaloacetaat en het resulterende product te laten cycleren door een reeks overgangen die het molecuul terugknippen naar oxaloacetaat, genereert het acht NADH en twee FADH2, een andere elektronendrager (vier NADH en één FADH2 per glucosemolecuul dat cellulaire ademhaling binnengaat bij glycolyse).
Deze moleculen zijn nodig voor de elektronentransportketen en tijdens hun synthese nog vier CO2 moleculen worden als afval uit de cel verwijderd.
De elektronen transportketen
De vierde en laatste fase van cellulaire ademhaling is waar de belangrijkste energie "creatie" wordt gedaan. De elektronen gedragen door NADH en FADH2 worden uit deze moleculen getrokken door enzymen in het mitochondriale membraan en gebruikt om een proces aan te sturen dat oxidatieve fosforylering wordt genoemd, waarbij een elektrochemische gradiënt aangedreven door de afgifte van de bovengenoemde elektronen de toevoeging van fosfaatmoleculen aan ADP mogelijk maakt om ATP te produceren.
Zuurstof is vereist voor deze stap, omdat dit de laatste elektronenacceptor in de keten is. Hierdoor ontstaat H2O, dus deze stap is waar het water in de vergelijking van de cellulaire ademhaling vandaan komt.
In totaal worden 32 tot 34 moleculen ATP in deze stap gegenereerd, afhankelijk van hoe de energieopbrengst wordt opgeteld. Dus cellulaire ademhaling levert in totaal 36 tot 38 ATP op: 2 + 2 + (32 of 34).