Celbiologie/Energie in een cel

Uit Wikibooks

[bewerken] Inleiding

Cellen hebben energie van buiten de cel nodig om hun talrijke processen te onderhouden. De zon brengt energie in het ecosysteem. Zonlicht en warmte wordt door de bladeren van planten omgezet in zuurstof en organische moleculen zoals koolhydraten, eiwitten en vetten. Organismen eten die koolhydraten eiwitten en vetten op en verteren die tot kleinere organische moleculen Die moleculen worden verbrand voor energie. Die energie wordt vastgelegd in ATP ATP is het energiekarretje van het lichaam, overal waar energie nodig is wordt ATP gebruikt. De energie wordt uit het organische molecuul gehaald door het afbreken van een organisch molecuul. Daarbij komt ook energie vrij uit het overhevelen van lading. Het uiteindelijke doel van afbreken is het maken van zoveel mogelijk ATP. Dit proces wordt in zijn geheel behandeld in het komende hoofdstuk. Belangrijk om te weten is de eerste stap, glycolyse niet plaats vind in het mitochondrium. Dit is echter wel belangrijk voor de rest van het verhaal.

[bewerken] Het proces

We behandelen eerst glucose, de basis van koolhydraten. Het vrijmaken van energie uit moleculen gebeurt in drie grote processen: 1. Glycolyse 2. De Citroenzuur Cyclus en 3. Oxidatieve Fosfolysering Dit samen noemt men verbranding.

Sommige stappen in glycolyse en de citroenzuurcyclus zijn de zogenaamde redox reacties. Chemische reacties waarbij elektrische lading wordt overgedragen. Deze lading wordt door speciale moleculen opgenomen met de namen: NADH en FADH2. Deze moleculen brengen de lading naar de laatste stap oxidatieve fosforylering.

[bewerken] Glycolyse

“ Glycolyse” betekent “ suiker splijten” . En dat is ook precies wat er gebeurt. Bij glycolyse wordt glucose in tien stappen veranderd in 2 moleculen pyrodruivenzuur. Deze reactie gebeurt zonder zuurstof en kost in eerste instantie energie, twee ATP- moleculen. In de tweede fase van glycolyse worden vier ATP- moleculen gevormd, wat het netto resultaat 2 ATP maakt.

[bewerken] Citroenzuurcyclus

Het restproduct van glycolyse, pyrodruivenzuur, wordt gebruikt bij de citroenzuurcyclus. Voordat de cyclus kan worden begonnen wordt pyrodruivenzuur aangepast. Het molecuul bevat namelijk een gedeelte waar de cel geen energie meer uit kan halen. Dat gedeelte wordt van het molecuul afgehaald en verdwijnt als koolstofdioxide. Ook bevat het molecuul vrije energie in de vorm van electronen, die electronen worden opgenomen door een speciaal transport molecuul. De derde aanpassing is het aanhaken van een speciaal enzym, Coenzym-A (CoA). Doordat het molecuul is aangepast geven we het ook een andere naam acetyl-CoA.

De cyclus bestaat uit 8 stappen, in die stappen wordt acetyl-CoA omgezet in 3 koolstofdioxide moleculen. Per keer wordt in de cyclus 1 ATP gemaakt, maar de meeste chemische energie gaat via elektronenoverdracht naar speciale moleculen en wordt bewaard voor fosforylering. De citroenzuurcyclus kan alleen plaats vinden als er zuurstof aanwezig is.

[bewerken] Oxidatieve fosforylering

In de vorige twee processen is veel energie vrijgemaakt en opgevangen in de speciale moleculen NADH en FADH2. Deze moleculen komen van pas in het fosforylering proces. De moleculen gebruiken hun energie om indirect een “ ATP-generator” aan te drijven. Deze generator gebruikt de energie om vele ATP moleculen te maken. Oxidatieve fosforylering produceert tot wel 30 ATP Oxidatieve fosforylering is alleen mogelijk als er zuurstof aanwezig is. De combinatie Glycolyse, Citroenzuurcyclus en Oxidatieve Fosforylering zorgen er voor dat ongeveer 40 % van de energie uit de glucose wordt benut. Dat is veel meer dan hedendaagse motoren kunnen. De citroenzuurcyclus en oxidatieve fosforylering kunnen alleen plaatsvinden als er zuurstof is.

[bewerken] Gisting

Soms is er geen zuurstof aanwezig maar heeft een cel wel energie nodig (in de vorm van ATP). In dat geval schakelt de cel over op anaërobe (zonder zuurstof) energiewinning. Een voorbeeld daarvan is gisting. Het gistproces begint na de glycolyse.

Er zijn verschillende soorten gisting o.a. : melkzuurgisting en alcoholische gisting.

Bij alcoholische gisting wordt het pyrodruivezuur omgezet in ethanol waarbij koolstofdioxide en energie vrijkomt. Dit proces wordt door bakkers en wijnmakers gebruikt. Door de koolstofdioxide rijst brood en de alcohol is voor de wijn en biermakers interessant. Bij melkzuurgisting wordt pyrodruivezuur omgezet in lactose waarbij energie vrijkomt De vrijgekomen energie wordt gebruikt om ATP moleculen te maken.

Gisting maakt in vergelijking met verbranding 19 keer minder ATP uit glucose. Verbranding heeft een veel hoger rendement.