Door Liz Veloz – Bijgewerkt op 30 augustus 2022

Cellulaire ademhaling is de hoeksteen van de cellulaire energieproductie. Door glucose te oxideren tot koolstofdioxide en water, genereren cellen adenosinetrifosfaat (ATP), de universele energievaluta. Zuurstof is de laatste elektronenacceptor, waardoor ademhaling een gecontroleerde ‘brandende’ reactie wordt waarbij bruikbare energie vrijkomt.

Elke cel is afhankelijk van ATP om levensonderhoudende functies uit te voeren. Als cellen niet voortdurend ATP zouden aanvullen via ademhaling, zouden we binnen één dag bijna ons hele lichaamsgewicht aan ATP uitputten.

Cellulaire ademhaling verloopt in drie strak gereguleerde fasen:glycolyse, de citroenzuurcyclus (Krebs) en oxidatieve fosforylering.

Enzymen:biologische katalysatoren

Enzymen zijn gespecialiseerde eiwitten die chemische reacties versnellen zonder te worden geconsumeerd. Elke ademhalingsstap wordt georkestreerd door een aparte reeks enzymen die de overdracht van elektronen vergemakkelijken (redoxreacties), waarbij het ene molecuul wordt geoxideerd en het andere wordt gereduceerd.

Glycolyse

De eerste fase vindt plaats in het cytoplasma en omvat negen door enzymen gekatalyseerde reacties. Belangrijke spelers zijn onder meer de dehydrogenasefamilie en het co-enzym NAD⁺. Dehydrogenasen oxideren glucose, strippen twee elektronen en brengen deze over naar NAD⁺, dat NADH wordt. Dit proces splitst glucose in twee pyruvaatmoleculen die doorgaan naar de volgende fase.

Citroenzuurcyclus (Krebs-cyclus)

In de mitochondriën – vaak de energiecentrales van de cel genoemd – wordt pyruvaat omgezet in acetyl-CoA, een hoogenergetisch substraat. Mitochondriale enzymen sturen vervolgens een reeks reacties aan die de bindingen herschikken en extra redoxoverdrachten uitvoeren. Elke draai van de cyclus levert NADH, FADH₂ en een kleine hoeveelheid ATP op, en er komt CO₂ vrij als afvalproduct.

Oxidatieve fosforylering (elektronentransportketen)

De laatste stap vindt plaats over het binnenste mitochondriale membraan. Zuurstof fungeert als de terminale elektronenacceptor en drijft een keten van elektronendragers aan. De resulterende protongradiënt drijft ATP-synthase aan en produceert tot 38 ATP-moleculen per glucosemolecuul – een opmerkelijke efficiëntie voor een biologisch systeem.

Referenties

• Biologie:concepten en verbindingen; Neil A. Campbell; 2009