Cellulaire ademhaling is het proces waarbij cellen glucose (een suiker) omzetten in koolstofdioxide en water. In het proces, energie in de vorm van een molecuul genaamd adenosine trifosfaat, of ATP, wordt vrijgegeven. Omdat zuurstof nodig is om deze reactie aan te drijven, wordt cellulaire ademhaling ook als een vorm van "brandende" reactie waarbij een organisch molecuul (glucose) wordt geoxideerd of verbrand, waarbij energie vrijkomt in de werkwijze.
Cellen hebben ATP-energie nodig om alle functies uit te voeren die nodig zijn voor het leven. Maar hoeveel ATP hebben we nodig? Als onze eigen cellen ATP niet constant zouden vervangen door cellulaire ademhaling, zouden we in één dag bijna ons hele lichaamsgewicht aan ATP opgebruiken.
Cellulaire ademhaling vindt plaats in drie stappen: glycolyse, de citroenzuurcyclus en oxidatieve fosforylering.
Enzymen
Enzymen zijn eiwitten die chemische reacties katalyseren of de snelheid ervan beïnvloeden zonder dat ze zelf worden veranderd in het proces. Specifieke enzymen katalyseren elke cellulaire reactie.
De belangrijkste rol van enzymen tijdens de ademhalingsreactie is om te helpen bij het overbrengen van elektronen van het ene molecuul naar het andere. Deze overdrachten worden "redox"-reacties genoemd, waarbij het verlies van elektronen van het ene molecuul (oxidatie) moet samenvallen met de toevoeging van elektronen aan een andere stof (reductie).
glycolyse
Deze eerste stap van de ademhalingsreactie vindt plaats in de cytoplasmaof vloeistof van de cel. Glycolyse bestaat uit negen afzonderlijke chemische reacties, elk gekatalyseerd door een specifiek enzym.
De belangrijkste spelers in de glycolyse zijn het enzym dehydrodgenase en een co-enzym (niet-eiwithelper) genaamd NAD+. Dehydrodgenase oxideert glucose door er twee elektronen uit te halen en ze over te brengen naar NAD+. Tijdens het proces wordt glucose "gesplitst" in twee moleculen pyruvaat, die de reactie voortzetten.
De citroenzuurcyclus
De tweede stap van de ademhalingsreactie vindt plaats in een celorganel genaamd de mitochondriën, die vanwege hun rol in de ATP-productie "krachtfabrieken" voor de cel worden genoemd.
Net voordat de citroenzuurcyclus begint, wordt pyruvaat "verzorgd" voor de reactie door te worden omgezet in een hoogenergetische stof die acetyl-co-enzym A of acetyl-CoA wordt genoemd.
Specifieke enzymen die zich in de mitochondriën bevinden, voeden vervolgens de vele reacties waaruit het citroenzuur bestaat cyclus (ook bekend als de Krebs-cyclus) door chemische bindingen te herschikken en deel te nemen aan meer redox reacties.
Na voltooiing van deze stap verlaten elektronendragende moleculen de citroenzuurcyclus en beginnen met de derde stap.
Oxidatieve fosforylering
De laatste stap van de ademhalingsreactie, ook wel de elektronentransportketen, is waar de energie-uitbetaling voor de cel plaatsvindt. Tijdens deze stap drijft zuurstof een ketting van elektronenbeweging door het membraan van de mitochondriën. Deze overdracht van elektronen stimuleert het vermogen van het enzym ATP-synthase om 38 ATP-moleculen te produceren.