Je bent, op dit moment, de plek waar ongelooflijk ingewikkelde biochemie plaatsvindt.

Om je lichaam letterlijk alles te laten doen – op een trampoline springen, jezelf naar de badkamer lopen, je oogbollen bewegen terwijl je dit artikel leest – moet je iets kunnen bereiken dat cellulaire ademhaling wordt genoemd, waarbij je cellen energie creëren uit de zuurstof die je inademt en het voedsel dat je eet.

En zoals je je kunt voorstellen, is het een behoorlijk proces om van een boterham met pindakaas en jam een ​​push-up te maken. Laten we eens kijken hoe de Krebs-cyclus verloopt maakt deze wetenschappelijke magie mogelijk.

1. Cellulaire ademhaling
2. De Krebs-cyclus
3. De rotonde

Cellulaire ademhaling

Eén hoofddoel van cellulaire ademhaling is het creëren van een specifiek type opgeslagen energie, ATP of adenosinetrifosfaat genaamd. Zie het als de energietaal die door je cellen wordt gesproken. Zonlicht is energie, maar we kunnen ons lichaam er niet mee van energie voorzien, omdat het niet de energietaal spreekt die ons lichaam kent; dierlijke lichamen spreken alleen ATP.

Een stap op de lange weg van sandwich naar push-up is de Krebs-cyclus (ook bekend als de citroenzuurcyclus (CAC) of tricarbonzuurcyclus (TAC)), naar Hans Krebs. Hij was de eerste die dit stukje biochemie in 1937 uitwerkte, en als gevolg daarvan won hij in 1953 de Nobelprijs voor de Fysiologie of Geneeskunde.

Het was welverdiend omdat de Krebs-cyclus buitengewoon ingewikkeld is, waarbij veranderingen in chemische bindingen worden gebruikt om de energie te herschikken.

De Krebs-cyclus vindt plaats in onze cellen via het binnenmembraan van de mitochondriën – de organellen die verantwoordelijk zijn voor de productie van cellulaire energie.

Cellulaire ademhaling is een proces dat uit meerdere stappen bestaat, te beginnen met glycolyse, die de zes-koolstofverbinding van glucose afbreekt en deze drie-koolstofmoleculen, pyrodruivenzuren genaamd, en twee energierijke verbindingen genaamd NADH, levert. Vanaf hier neemt de Krebs-cyclus het weg.

De Krebs-cyclus

De Krebs-cyclus is een aëroob proces, wat betekent dat er zuurstof nodig is om te werken. Dus, samen met het proces van oxidatieve fosforylering, komt de Krebs-cyclus meteen tot zijn recht door koolstof en zuurstof te mengen in de ademhalingsroute:

"Eerst komen twee koolstofatomen in de cyclus terecht en worden twee koolstofatomen geoxideerd en uit de cyclus verwijderd", zegt Dale Beach, professor aan de afdeling Biologische en Milieuwetenschappen aan de Longwood University in Farmville, Virginia.

"We kunnen deze eerste stap beschouwen als het voltooien van de oxidatie van de glucosesuiker, en als we de suikers tellen, kwamen er zes in de ademhalingsroute bij de glycolyse, en in totaal moeten er zes eruit. Dit zijn niet echt dezelfde zes koolstofatomen, maar het helpt wel om de omzetting van glucose in koolstofdioxide via de route te versterken."

Een van de koolstofatomen van het molecuul met drie koolstofatomen bindt zich met één molecuul zuurstof en verlaat de cel als CO₂ . Dit laat ons achter met een molecuul met twee koolstofatomen, genaamd acetyl-co-enzym A of acetyl-coA. Verdere chemische reacties reorganiseren de moleculen op een manier die de koolstofatomen oxideert om nog een NADH en FADH te krijgen.

De rotonde

Na voltooiing van het ademhalingstraject ondergaat de Krebs-cyclus een tweede oxidatieproces dat veel op een verkeersrotonde lijkt; het is wat het tot een cyclus maakt. Het acetyl-coA komt in de cyclus terecht en vormt samen met oxaalacetaat citraatsynthase – vandaar de naam 'Krebs-cyclus'.

Dit citroenzuur wordt in de loop van vele stappen geoxideerd, waarbij koolstofatomen helemaal rond de rotonde worden uitgestoten totdat oxaalazijnzuur wordt geregenereerd door oxidatie van malaat. Terwijl koolstoffen uit het citroenzuur vallen, veranderen ze in koolstofdioxidemoleculen en worden ze uit de cel gespuugd en uiteindelijk door jou uitgeademd.

Energieproductie en co-enzymA

"Tijdens de tweede oxidatie wordt een nieuwe, hoogenergetische binding gemaakt met de zwavel van CoA om succinaat-CoA te produceren", zegt Beach. "Er is hier genoeg energie om direct een ATP-equivalent te kunnen produceren; GTP wordt daadwerkelijk gemaakt, maar het heeft dezelfde hoeveelheid energie als ATP – dit is slechts een eigenaardigheid van het systeem.

"De verwijdering van het Co-enzym A laat ons achter met een succinaatmolecuul. Vanaf het succinaatpunt in de cyclus volgt een reeks stappen om de chemische binding te herschikken en enkele oxidatiegebeurtenissen om het oorspronkelijke oxaalacetaat te herstellen. Tijdens het proces produceert de route eerst een laagenergetische FADH molecuul en een laatste NADH-molecuul", zegt Beach.

Implicaties en evolutionaire overwegingen

Voor elke glucose die de ademhaling binnenkomt, kan de rotonde twee keer ronddraaien, één keer voor elke pyruvaat die erin terechtkomt. Dit is echter niet noodzakelijkerwijs gebeurt twee keer rond, omdat de cel koolstof kan overhevelen voor andere macromoleculen, of meer in de cyclus kan stoppen door aminozuren op te offeren of te kapitaliseren op de energie die is opgeslagen in vet.

Zien? Complexe biochemie. Maar volgens Beach is één ding om op te merken over de Krebs-cyclus de frequente verschijning van adenosine:het zit in NADH-, FADH-, Co-enzymA- en ATP-moleculen.

"Adenosine is een 'moleculair handvat' waar eiwitten zich aan kunnen vastgrijpen. We kunnen ons voorstellen dat de evolutie van ATP-bindingsplaatsen gedeeld en gerecycled wordt, zodat deze bindingsplaatsen worden voor andere moleculen die soortgelijke motieven gebruiken."

Onze cellen kunnen 38 moleculen ATP produceren per molecuul glucose dat we consumeren, plus een klein beetje warmte-energie.

Dit artikel is bijgewerkt in combinatie met AI-technologie, vervolgens op feiten gecontroleerd en bewerkt door een HowStuffWorks-editor.