Alles over cellulaire ademhaling

We hebben allemaal energie nodig om te functioneren en die energie halen we uit het voedsel dat we eten. Die voedingsstoffen extraheren die nodig zijn om ons in stand te houden en ze vervolgens omzetten in bruikbare energie is het werk van onze cellen. Dit complexe maar efficiënte metabolische proces, genaamd cellulaire ademhaling, zet de energie die is afgeleid van suikers, koolhydraten, vetten en eiwitten om in adenosinetrifosfaat of ATP, een hoog-energetische molecule die processen zoals spiercontractie en zenuwimpulsen aanstuurt. Cellulaire ademhaling treedt op in zowel eukaryotische als prokaryotische cellen, waarbij de meeste reacties plaatsvinden in het cytoplasma van prokaryoten en in de mitochondriën van eukaryoten. 

Er zijn drie hoofdfasen van cellulaire ademhaling: glycolyse, de citroenzuurcyclus en elektronentransport / oxidatieve fosforylering.

Sugar Rush

Glycolyse betekent letterlijk "suikers splitsen" en het is het proces in tien stappen waarbij suikers worden vrijgegeven voor energie. Glycolyse treedt op wanneer glucose en zuurstof door de bloedbaan aan de cellen worden geleverd en vindt plaats in het cytoplasma van de cel. Glycolyse kan ook optreden zonder zuurstof, een proces dat anaërobe ademhaling of fermentatie wordt genoemd. Wanneer glycolyse plaatsvindt zonder zuurstof, maken cellen kleine hoeveelheden ATP aan. Fermentatie produceert ook melkzuur, dat zich kan ophopen in spierweefsel, wat pijn en een branderig gevoel veroorzaakt.

Koolhydraten, eiwitten en vetten

De citroenzuurcyclus, ook bekend als de tricarbonzuurcyclus of de Krebs-cyclus, begint nadat de twee moleculen van de drie koolstofsuiker geproduceerd in glycolyse zijn omgezet in een iets andere verbinding (acetyl CoA). Het is het proces waarmee we de energie in koolhydraten, eiwitten en vetten kunnen gebruiken. Hoewel de citroenzuurcyclus niet rechtstreeks zuurstof gebruikt, werkt deze alleen wanneer zuurstof aanwezig is. Deze cyclus vindt plaats in de matrix van cel-mitochondriën. Door een reeks tussenstappen worden verschillende verbindingen geproduceerd die "hoge energie" elektronen kunnen opslaan, samen met twee ATP-moleculen. Deze verbindingen, bekend als nicotinamide adenine dinucleotide (NAD) en flavine adenine dinucleotide (FAD), worden daarbij gereduceerd. De gereduceerde vormen (NADH en FADH₂) breng de "hoge energie" -elektronen naar de volgende fase.

Aan boord van de Electron Transport Train

Elektrontransport en oxidatieve fosforylering is de derde en laatste stap in aërobe cellulaire ademhaling. De elektronentransportketen is een reeks eiwitcomplexen en elektronendragermoleculen die in het mitochondriale membraan in eukaryotische cellen worden gevonden. Door een reeks reacties worden de "hoge energie" -elektronen die in de citroenzuurcyclus worden gegenereerd, aan zuurstof doorgegeven. In het proces wordt een chemische en elektrische gradiënt gevormd over het binnenste mitochondriale membraan wanneer waterstofionen uit de mitochondriale matrix worden gepompt en in de binnenste membraanruimte. ATP wordt uiteindelijk geproduceerd door oxidatieve fosforylering - het proces waarbij enzymen in de cel voedingsstoffen oxideren. Het eiwit ATP-synthase gebruikt de energie die wordt geproduceerd door de elektrontransportketen voor de fosforylering (het toevoegen van een fosfaatgroep aan een molecuul) van ADP aan ATP. De meeste ATP-generatie vindt plaats tijdens de elektrontransportketen en oxidatieve fosforyleringsfase van cellulaire ademhaling.