ATP | Cellulaire ademhaling bij mensen

ATP

Adenosine-trifosfaat (ATP) is de energiedrager van het menselijk lichaam. Alle energie die voortkomt uit cellulaire ademhaling wordt in eerste instantie tijdelijk opgeslagen in de vorm van ATP. Het lichaam kan deze energie alleen gebruiken als deze beschikbaar is in de vorm van het ATP-molecuul. Wanneer de energie van het ATP-molecuul wordt verbruikt, wordt het ATP omgezet in adenosinedifosfaat (ADP), waarbij één fosfaatgroep van het molecuul wordt afgesplitst en er komt energie vrij. Celademhaling of energieproductie dient om continu het ATP uit het zogenaamde ADP te regenereren zodat het lichaam het weer kan gebruiken.

Reactievergelijking

Doordat vetzuren verschillende lengtes hebben en aminozuren ook heel verschillende structuren hebben, is het niet mogelijk om voor deze twee groepen een eenvoudige vergelijking op te stellen om hun energieopbrengst bij cellulaire ademhaling precies te karakteriseren. Dit komt omdat elke structurele verandering kan bepalen in welke stap van de citraatcyclus het aminozuur wordt opgenomen. De afbraak van vetzuren bij de zogenaamde bèta-oxidatie is afhankelijk van hun lengte.

Hoe langer de vetzuren, hoe meer energie er uit gewonnen kan worden. Dit varieert dan nog tussen verzadigde en onverzadigde vetzuren, waarbij onverzadigde vetzuren minimaal minder energie leveren, als ze dezelfde hoeveelheid hebben. Om de reeds genoemde redenen kan een vergelijking het beste worden beschreven voor het ontmantelen van de glucose. Daarbij worden één glucosemolecuul (C6H12O6) en 6 zuurstofmoleculen (O2) gecombineerd om 6 koolstofdioxidemoleculen (CO2) en 6 watermoleculen (H2O) te vormen:

• C6H12O6 + 6 O2 wordt 6 CO2 + 6 H2O

Wat is glycolyse?

Glycolyse verwijst naar de splitsing van glucose, dwz dextrose. Deze metabole route vindt plaats in menselijke cellen en ook in andere, bijvoorbeeld in gisten tijdens fermentatie. De plaats waar de cellen glycolyse uitvoeren, is het celplasma.

Hier enzymen zijn aanwezig die de reacties van glycolyse versnellen, zowel om ATP direct te synthetiseren als om de substraten voor de citraatcyclus te leveren. Dit proces wekt energie op in de vorm van twee moleculen ATP en twee moleculen NADH + H +. Samen met de citraatcyclus en de ademhalingsketen, die zich beide in het mitochondrium bevinden, vertegenwoordigt glycolyse de afbraakroute van de eenvoudige suikerglucose naar de universele energiedrager ATP.

Glycolyse vindt plaats in het cytosol van alle dierlijke en plantencellen. Het eindproduct van glycolyse is pyruvaat, die vervolgens via een tussenstap in de citraatcyclus kunnen worden gebracht. In totaal worden 2 ATP per glucosemolecuul gebruikt bij glycolyse om de reacties uit te voeren.

Er wordt echter 4 ATP verkregen, zodat effectief een netto winst van 2 ATP-moleculen beschikbaar is. De glycolyse duurt tien reactiestappen totdat een suiker met 6 koolstofatomen verandert in twee moleculen van pyruvaat, die elk zijn samengesteld uit drie koolstofatomen. In de eerste vier reactiestappen wordt de suiker omgezet in fructose-1,6-bisfosfaat met behulp van twee fosfaten en een omlegging.

Deze geactiveerde suiker is nu opgesplitst in twee moleculen met elk drie koolstofatomen. Verdere herrangschikkingen en de verwijdering van de twee fosfaatgroepen resulteren uiteindelijk in twee pyruvaten. Als zuurstof (O2) nu beschikbaar is, is de pyruvaat kan verder worden gemetaboliseerd tot acetyl-CoA en geïntroduceerd in de citraatcyclus.

Over het algemeen heeft glycolyse met 2 moleculen ATP en 2 moleculen NADH + H + een relatief lage energieopbrengst. Het vormt echter de basis voor de verdere afbraak van suiker en is daarom essentieel voor de aanmaak van ATP bij cellulaire ademhaling. Op dit punt is het nuttig om aërobe en anaërobe glycolyse te scheiden.

Aërobe glycolyse leidt tot het hierboven beschreven pyruvaat, dat vervolgens kan worden gebruikt voor energieproductie. De anaërobe glycolyse, die plaatsvindt onder omstandigheden van zuurstoftekort, kan het pyruvaat echter niet meer gebruiken omdat de citraatcyclus zuurstof vereist. In het verloop van de glycolyse wordt het tussenopslagmolecuul NADH gevormd, dat op zichzelf rijk is aan energie en ook in de kanker fietsen onder aërobe omstandigheden.

Het startmolecuul NAD + is echter nodig om de glycolyse te behouden. Daarom “bijt” het lichaam hier in de “zure appel” en transformeert dit energierijke molecuul terug in zijn oorspronkelijke vorm. Pyruvaat wordt gebruikt om de reactie uit te voeren. Tijdens het proces wordt het pyruvaat omgezet in het zogenaamde melk geven of ook wel melkzuur genoemd.