Ademhaling, een chemische reactie die energie afgeeft, is essentieel voor alle levensvormen. Aërobe ademhaling gebeurt in drie fasen: glycolyse, Krebs-cyclus en elektronentransportketen. Om de Krebs-cyclus te begrijpen, is het belangrijk om het ademhalingsproces als geheel te begrijpen, en het verschil tussen aërobe en anaërobe ademhaling.

Het ademhalingsproces

Planten ademen voortdurend, maken aminozuren uit suikers en andere voedingsstoffen om de eiwitten te vormen die ze nodig hebben om in leven te blijven. Mensen, dieren en vogels hebben energie nodig om te bewegen en een constante lichaamstemperatuur te behouden wanneer hun omgeving kouder is dan ze zijn. Ademhaling omvat een reeks van reacties die voornamelijk door glucose worden aangestuurd (er worden ook vetten en eiwitten gebruikt), die wordt geoxideerd om kooldioxide te creëren en vervolgens wordt gesynthetiseerd om cellen energie te geven in de vorm van adenosinetrifosfaat (ATP). Verwar ademhaling niet met ademhalen: ademhaling geeft energie vrij, ademhaling laat lucht in en uit je longen.

Aerobe vs Anaërobe ademhaling

Aërobe ademhaling maakt gebruik van glucose en zuurstof om koolstofdioxide te produceren en water als afval. Aërobe ademhaling vindt voortdurend plaats in de cellen van planten en dieren, waarbij de reacties plaatsvinden binnen kleine objecten in een cel, gezamenlijk bekend als mitochondriën. Hier vinden glycolyse, Krebs-cyclus en de elektronentransportketen plaats.

Aërobe ademhaling laat 19 keer meer energie vrij dan een ander type ademhaling, anaerobe ademhaling, van dezelfde hoeveelheid glucose. Terwijl aërobe ademhaling te allen tijde gebeurt, vindt anaërobe ademhaling plaats tijdens kortstondige bewegingen met hoge intensiteit, zoals zwaar gewicht tillen, sprinten en springen. Anaërobe ademhaling vereist geen zuurstof omdat er veel minder energie vrijkomt en glucose niet volledig wordt afgebroken.

De Krebs-cyclus

De eerste fase van aërobe ademhaling, glycolyse, is afhankelijk van enzymen die afgebroken kunnen worden glucose, het vrijgeven van energie en pyruvaat. Dit wordt gevolgd door de Krebs-cyclus, ook bekend als de citroenzuurcyclus of de tricarbonzuurcyclus. De Krebs-cyclus neemt de moleculen van pyruvaat die tijdens glycolyse zijn gemaakt om hoogenergetische moleculen van NADH, flavine adenine dinucleotide (FADH2) en wat ATP te produceren.

Wanneer de pyruvaatmoleculen vóór de Krebs-cyclus worden gevormd, zijn ze omgezet van drie-koolstof moleculen naar een stof genaamd acetyl-co-enzym A, of acetyl-CoA. Aan het begin van de Krebs-cyclus combineert acetyl-CoA met een vier-koolstof zuur, oxaloacetic acid genaamd, om een ​​zes-koolstof zuur te maken, citroenzuur genaamd. Citroenzuur levert een aantal conversies op, waarbij tot 10 chemische reacties worden veroorzaakt door enzymen. In een van de reacties worden hoogenergetische elektronen afgevoerd naar nicotinamide-adenine-dinucleotide (NAD). Wanneer het NAD-molecuul een waterstofion bereikt, vermindert het tot NADH.

In een andere reactie werkt flavine-adenine-dinucleotide (FAD) als de elektronenacceptor en neemt het twee waterstofionen op om FADH2 te worden. NADH en FADH2 zijn belangrijke verbindingen voor de laatste fase van aerobe ademhaling, de elektronentransportketen (ook bekend als het cytochroomsysteem), waar ze hun elektronen aan eiwitten geven en energie afgeven. Aan het einde van de Krebs-cyclus wordt oxaloacetic acid geproduceerd, wat precies hetzelfde is als het oxaloacetic zuur dat de cyclus begint, en het proces begint helemaal opnieuw.

Wanneer anaerobe ademhaling optreedt, is er geen zuurstof om als de laatste waterstofacceptor te werken. Dit betekent dat noch de Krebs-cyclus, noch de daaropvolgende elektronentransportketen plaatsvindt.