Wat is Cellulaire Ademhaling?

Organismen halen energie uit voedsel, maar deze energie kan niet direct door cellen worden gebruikt. Cellen zetten de energie die opgeslagen is in voedingsstoffen om in een bruikbare vorm: adenosinetrifosfaat (ATP).

ATP slaat energie op in chemische bindingen die snel kunnen worden vrijgegeven wanneer dat nodig is. Cellen produceren energie in de vorm van ATP door een proces dat cellulaire ademhaling wordt genoemd. Hoewel veel energie van cellulaire ademhaling wordt afgegeven als warmte, wordt een deel ervan gebruikt om ATP te maken.

Tijdens cellulaire ademhaling brengen verschillende oxidatie-reductie (redox) reacties elektronen van organische moleculen over naar andere moleculen. Oxidatie verwijst naar het verlies van elektronen en reductie leidt tot een toename van elektronen. De elektronendragers NAD ⁺ en FAD – en hun gereduceerde vormen, respectievelijk NADH en FADH ₂ – zijn essentieel voor verschillende stappen van cellulaire ademhaling.

Sommige prokaryoten gebruiken anaërobe ademhaling, waarvoor geen zuurstof nodig is. De meeste organismen gebruiken aërobe (zuurstofvereiste) ademhaling, waarbij veel meer ATP wordt geproduceerd. Aërobe ademhaling genereert ATP door glucose en zuurstof af te breken in koolstofdioxide en water.

Zowel aërobe als anaërobe ademhaling begint met glycolyse, waarvoor geen zuurstof nodig is. Glycolyse breekt glucose af in pyruvaat, wat ATP oplevert. In de afwezigheid van zuurstof fermenteert pyruvaat, waardoor NAD ⁺ wordt geproduceerd zodat de glycolyse kan worden voortgezet. Verschillende soorten gist gebruiken alcoholische fermentatie. Menselijke spiercellen kunnen melkzuurfermentatie gebruiken wanneer de zuurstofvoorraad is uitgeput. Anaërobe ademhaling eindigt met fermentatie.

Aërobe ademhaling gaat echter door met pyruvaatoxidatie. Pyruvaatoxidatie genereert acetyl-CoA, dat de citroenzuurcyclus binnengaat. De citroenzuurcyclus bestaat uit verschillende redoxreacties waarbij de bindingsenergie van acetyl-CoA vrijkomt, waardoor ATP en de gereduceerde elektronendragers NADH en FADH _{2 worden} geproduceerd.

De laatste fase van cellulaire ademhaling is oxidatieve fosforylering en genereert de meeste ATP. NADH en FADH ₂ geven hun elektronen af aan de elektronentransportketen. In de elektronentransportketen komt energie vrij dat wordt gebruikt om protonen uit te drijven, waardoor een protongradiënt ontstaat die ATP-synthese mogelijk maakt.