Neuronen genereren energie voornamelijk in de mitochondriën, die vaak de ‘krachtcentrales van de cel’ worden genoemd. Mitochondria zijn kleine, boonvormige organellen die worden aangetroffen in het cytoplasma van eukaryotische cellen, inclusief neuronen. Hier wordt nader bekeken hoe neuronen energie produceren:

1. Glucosemetabolisme: Neuronen gebruiken voornamelijk glucose als hun belangrijkste energiebron. Glucose is een suikermolecuul dat het neuron binnendringt via gespecialiseerde glucosetransporteurs in het celmembraan.

2. Glycolyse: Eenmaal in het neuron ondergaat glucose een reeks chemische reacties die bekend staan ​​als glycolyse. Glycolyse vindt plaats in het cytoplasma en breekt glucose af in kleinere moleculen, waaronder pyruvaat, en geeft een kleine hoeveelheid energie vrij in de vorm van ATP (adenosinetrifosfaat), een molecuul dat dient als de primaire energievaluta van de cel.

3. Mitochondriaal transport: De pyruvaatmoleculen die tijdens de glycolyse worden geproduceerd, worden naar de mitochondriën getransporteerd. Hier komen ze terecht in de citroenzuurcyclus (ook bekend als de Krebs-cyclus), een reeks chemische reacties die het pyruvaat verder afbreken en energie vrijgeven.

4. Citroenzuurcyclus: In de citroenzuurcyclus worden de pyruvaatmoleculen gecombineerd met co-enzym A (CoA) om Acetyl CoA te vormen, dat de cyclus binnengaat. Terwijl Acetyl CoA de cyclus doorloopt, ondergaat het een reeks reacties waarbij kooldioxide (CO2) vrijkomt, ATP wordt gegenereerd en energierijke elektronendragers worden geproduceerd, zoals NADH (nicotinamide-adenine-dinucleotide) en FADH2 (flavine-adenine-dinucleotide).

5. Elektronentransportketen: NADH- en FADH2-moleculen geproduceerd in de citroenzuurcyclus transporteren hoogenergetische elektronen naar de elektronentransportketen, een reeks eiwitcomplexen die zich in het binnenmembraan van de mitochondriën bevinden. Terwijl de elektronen door de keten bewegen, wordt hun energie gebruikt om waterstofionen (H+) van de mitochondriale matrix naar de intermembraanruimte te pompen, waardoor een protongradiënt ontstaat.

6. ATP-synthese: De protonengradiënt gegenereerd door de elektronentransportketen drijft de laatste stap van de energieproductie aan, bekend als oxidatieve fosforylatie. De stroom van protonen terug naar de mitochondriale matrix via ATP-synthase, een enzym, stimuleert de synthese van ATP uit ADP (adenosinedifosfaat) en anorganisch fosfaat (Pi).

Door dit proces van cellulaire ademhaling zetten neuronen de chemische energie die is opgeslagen in glucose om in ATP, de universele energievaluta van de cel. ATP wordt vervolgens gebruikt om verschillende cellulaire processen te voeden, waaronder de overdracht van elektrische signalen (actiepotentialen) langs de axon van het neuron, actief transport van ionen en moleculen door het celmembraan, en de synthese van essentiële cellulaire componenten.