Hoe is zuurstof belangrijk voor het vrijkomen van energie bij cellulaire ademhaling?

Aerobe cellulaire ademhaling is het proces waarbij cellen zuurstof gebruiken om glucose om te zetten in energie. Dit type ademhaling vindt plaats in drie stappen: glycolyse; de Krebs-cyclus; en elektronentransportfosforylering. Zuurstof is niet nodig voor glycolyse, maar is nodig om de rest van de chemische reacties te laten plaatsvinden.

TL; DR (te lang; niet gelezen)

Zuurstof is nodig voor de volledige oxidatie van glucose.

Cellulaire ademhaling is het proces waarbij cellen energie vrijmaken uit glucose en deze veranderen in een bruikbare vorm die ATP wordt genoemd. ATP is een molecuul dat een kleine hoeveelheid energie aan de cel levert, waardoor het brandstof krijgt om specifieke taken uit te voeren.

Er zijn twee soorten ademhaling: anaëroob en aeroob. Bij anaërobe ademhaling wordt geen zuurstof gebruikt. Anaërobe ademhaling produceert gist of lactaat. Bij inspanning verbruikt het lichaam sneller zuurstof dan het binnenkrijgt; anaërobe ademhaling levert lactaat om de spieren in beweging te houden. Ophoping van lactaat en gebrek aan zuurstof zijn de redenen voor spiervermoeidheid en moeizame ademhaling tijdens zware inspanning.

Aërobe ademhaling vindt plaats in drie fasen, waarbij een glucosemolecuul de energiebron is. De eerste fase wordt glycolyse genoemd en vereist geen zuurstof. In deze fase worden ATP-moleculen gebruikt om glucose af te breken tot een stof genaamd pyruvaat, een molecuul dat elektronen transporteert, NADH genaamd, nog twee ATP-moleculen en koolstofdioxide. Kooldioxide is een afvalproduct en wordt uit het lichaam verwijderd.

De tweede fase wordt de Krebs-cyclus genoemd. Deze cyclus bestaat uit een reeks complexe chemische reacties die extra NADH genereren.

De laatste fase wordt elektronentransportfosforylering genoemd. Tijdens deze fase dragen NADH en een ander transportmolecuul, FADH2 genaamd, elektronen naar de cellen. Energie van de elektronen wordt omgezet in ATP. Zodra de elektronen zijn gebruikt, worden ze gedoneerd aan waterstof- en zuurstofatomen om water te maken.

Glycolyse is de eerste fase van alle ademhaling. Tijdens deze fase wordt elk glucosemolecuul afgebroken tot een op koolstof gebaseerd molecuul genaamd pyruvaat, twee ATP-moleculen en twee moleculen NADH.

Zodra deze reactie heeft plaatsgevonden, ondergaat het pyruvaat een verdere chemische reactie die fermentatie wordt genoemd. Tijdens dit proces worden elektronen aan het pyruvaat toegevoegd om NAD+ en lactaat te genereren.

Bij aerobe ademhaling wordt het pyruvaat verder afgebroken en gecombineerd met zuurstof om koolstofdioxide en water te creëren, die uit het lichaam worden verwijderd.

Pyruvaat is een op koolstof gebaseerd molecuul; elk molecuul pyruvaat bevat drie koolstofmoleculen. Slechts twee van deze moleculen worden gebruikt om koolstofdioxide te maken in de laatste stap van de glycolyse. Zo zweeft er na de glycolyse losse koolstof rond. Deze koolstof bindt zich aan verschillende enzymen om chemicaliën te maken die in andere hoedanigheden in de cel worden gebruikt. De Krebs-cyclusreacties genereren ook nog acht moleculen NADH en twee moleculen van een andere elektronentransporter genaamd FADH2.

NADH en FADH2 dragen elektronen naar gespecialiseerde celmembranen, waar ze worden geoogst om ATP te creëren. Zodra de elektronen zijn gebruikt, raken ze uitgeput en moeten ze uit het lichaam worden verwijderd. Zuurstof is essentieel voor deze taak. Gebruikte elektronen binden met zuurstof; deze moleculen binden zich uiteindelijk met waterstof om water te vormen.