Wat zijn de vier fasen van volledige glucoseafbraak?

Glucose is een suiker met zes koolstofatomen die direct in het lichaam kan worden ingenomen of toegediend, maar is vaker een bijproduct van een complex koolhydraat-, eiwit- of vetmetabolisme. Glucose kan worden gebruikt om glycogeen en andere opslagbrandstoffen te synthetiseren of verder te worden afgebroken om energie te leveren voor metabolische processen, een reeks reacties die gezamenlijk cellulaire ademhaling worden genoemd. De fasen van glucoseafbraak kunnen worden onderverdeeld in vier verschillende fasen.

De initiële afbraak van glucose vindt plaats in het celcytoplasma. Dit is een anaërobe reactie van cellulaire ademhaling, wat betekent dat er geen zuurstof voor nodig is. Hier, in een reeks van acht individuele reacties, wordt een glucosemolecuul met zes koolstofatomen gemetaboliseerd met behulp van twee adenosinetrifosfaat (ATP) moleculen om twee pyruvaatmoleculen met drie koolstofatomen te vormen, twee H₂O (water)moleculen en vier ATP-moleculen voor een nettowinst van twee ATP-moleculen. ATP is een primaire energiebron in het menselijke metabolisme.

Deze reactie vindt plaats in de matrix, of het binnenste, van de mitochondriën van cellen. Hier worden de twee pyruvaatmoleculen van glycolyse gecombineerd met twee co-enzym A (CoA) moleculen om twee acetyl-CoA-moleculen en twee koolstofdioxide (CO₂) moleculen. Deze reactie vindt plaats in een enkele stap en is, net als glycolyse, anaëroob.

Ook wel de tricarbonzuur (TCA) cyclus of de Krebs-cyclus genoemd, deze reeks anaërobe reacties, zoals de voorbereidende reactie, vindt plaats in de mitochondriale matrix. Hier combineren de twee acetyl-CoA-moleculen uit de voorbereidende reactie met een aantal fosfaat- en nucleotidecomponenten om twee ATP, vier CO2 en een aantal nucleotide-intermediairs op te leveren. Deze tussenpersonen zijn van cruciaal belang bij de aërobe ademhaling die optreedt in de volgende fase van de afbraak van glucose.

In deze stap, die plaatsvindt op de binnenmembranen van mitochondriën, komt zuurstof eindelijk in beeld. De transporters in dit schema zijn moleculen van NAD en FAD, de hierboven vermelde nucleotide-tussenpersonen. In aanwezigheid van zes zuurstofmoleculen worden protonen doorgegeven van NAD en FAD naar andere NAD- en FAD-moleculen verderop in de keten, waardoor ATP op verschillende punten kan worden geëxtraheerd. Het netto resultaat is een winst van 34 ATP-moleculen.

Merk op dat na deze fase de algehele chemische reactie voor glycolyse voltooid lijkt:

C₆H₁₂O₆ + 6O₂ --> 6CO₂ + 6H₂O + 38 ATP

Het is duidelijk dat met twee ATP van glycolyse, twee van de citroenzuurcyclus en 34 van het elektron transportketen per molecuul glucose, is de elektronentransportketen verreweg het meest energie producerend. Dit is de reden waarom mensen niet lang van zuurstof verstoken kunnen blijven en waarom zeer intensieve (anaërobe) oefeningen niet kunnen worden langer dan een paar minuten gehandhaafd: de meeste fysiologische functies zijn afhankelijk van een regelmatig gebruik van het elektronentransport ketting.