Cellulaire ademhalingscyclus is een combinatie van verschillende metabolische processen om energie te halen uit voedingsstoffen of voedselmoleculen. Alle levende organismen, inclusief bacteriën, planten en dieren, gebruiken allemaal het cellulaire ademhalingsproces om energie te produceren. Hier beschrijven we alle mogelijke aspecten met betrekking tot de cellulaire ademhalingscyclus.
Cellulaire ademhalingscyclus is een combinatie van enkele metabolische processen die plaatsvinden in levende cellen, die voedsel of voedingsstoffen omzet in energie-eenheden (ATP) en er verschillende bijproducten uit vrijgeeft.
Het ademhalingsproces vindt voornamelijk plaats in een zuurstofrijke omgeving en dit soort cellulaire ademhaling staat bekend als het aerobe ademhalingsproces.
Bij afwezigheid van zuurstof ontlenen lagere organismen ook energie door suikermoleculen te breken. Dit proces staat bekend als anaëroob ademhalingsproces of fermentatieproces.
Het cellulaire ademhalingsproces is amfibolisch van aard, wat betekent dat tijdens dit proces complexe breuken in kleinere moleculen en de bijproducten later betrokken zijn bij de constructie van andere complexe moleculen. Daarom bestaat het ademhalingsproces uit zowel katabole als anabole kenmerken, dus de reactie is amfibolisch.
Cellulaire ademhaling formule
De basisformule van de cellulaire ademhalingscyclus (typische aerobe ademhaling) is-
Glucose +6 water → 6 koolstofdioxide + 6 water + 36-38 ATP
C6H12O6 + 6O2 –> 6CO2 + 6H2O + 36 of 38 ATP
De vergelijking specificeert dat tijdens cellulaire ademhaling (in aanwezigheid van zuurstofmolecuul) één glucosemolecuul verbrandt met 6 zuurstofmoleculen om 36-38 ATP-moleculen als energie-eenheden te produceren. Bij de reactie komen ook 6 koolstofdioxidemoleculen en 6 watermoleculen vrij als bijproducten.
Diagram voor mobiele ademhaling
Uit het diagram van cellulaire ademhaling kunnen we zien dat er 4 belangrijke stappen zijn waardoor de benodigde energie van de cel cyclisch wordt geproduceerd. De eerste stap Glycolyse vindt plaats in cytoplasma van de cel en de andere stappen vinden plaats in de mitochondriale matrix van de cel.
Cellulaire ademhalingscyclus van Wikimedia Commons
Cellulaire ademhaling reactanten
De belangrijkste reactant in de cellulaire ademhalingscyclus zijn glucose- en zuurstofmoleculen.
In het cellulaire ademhalingsproces nemen in feite de voedingsstof of voedselmolecuul zoals koolhydraten, eiwitten deel aan het ademhalingsproces om energie te produceren. De belangrijkste reactant is het zuurstofmolecuul in dit proces. De zuurstof dient als het laatste elektronenacceptormolecuul tijdens het oxidatieve fosforyleringsproces.
Cellulaire ademhalingscyclusproces
Het celademhalingsproces is een combinatie van verschillende metabolische reacties waardoor glucosemoleculen worden afgebroken.
Het cellulaire ademhalingsproces (aëroob) ondergaat over het algemeen vier belangrijke stappen om het grootste deel van de energie te genereren. De stappen zijn inclusief-
glycolyse
Glycolyse is de eerste stap in het cellulaire ademhalingsproces. Hierbij breekt 1 glucosemolecuul af in 2 pyrodruivenzuur- of pyruvaatmoleculen. De Glycolyseproces vindt plaats in het cytoplasma van een cel. Er zijn tien verschillende reacties nodig om het proces te vergemakkelijken. Enzymen die betrokken zijn bij de glycolyseroute zijn: hexokinase, fosfoglucomutase, fosfofructokinase, aldolase, Triose-fosfaatisomerase, glyceraldehyde 3-fosfaatdehydrogenase, fosfoglycerokinase, fosfoglyceromutase, enolase, pyruvaatkinase, enz.
Tijdens dit proces breekt 1 glucosemolecuul (6-koolstof) in 2 pyruvaatmoleculen (3-koolstof), waarbij 2 ATP- en 2 NADH-moleculen als bijproducten vrijkomen.
Glucose (C₆H₁₂O₆) → Pyruvaat (CH₃COCOOH) + 2 NADH + 2 ATP
Gedurende het hele proces zijn zuurstofmoleculen niet nodig, daarom vindt glycolyse plaats in zowel aerobe als anaerobe ademhalingsprocessen. Dit proces werd ontdekt door de Duitse biochemicus Gustav Embden, Otto Meyerhof en Jakub Karol Parnas en naar hun naam staat het hele proces bekend als de Embden-Meyerhof-Parnas-route of EMP-route.
Acetyl-CoA-vorming
Na het einde van de glycolyseroute wordt het pyruvaat omgezet in acetyl-CoA, dat later deelneemt aan het Krebs-cyclusproces. Daarbij oxideerde het pyruvaat tot een 2-koolstofacetylgroep. Na de 2-koolstof acetylgroep bindt zich met co-enzym -A en produceert Acetyl-CoA.
Na glycolyse komt het pyruvaat de mitochondriën binnen en vindt de acetyl-CoA-vormingsreactie plaats in de matrix van mitochondriën.
Dit acetyl-CoA-vormingsproces is zeer belangrijk in het cellulaire ademhalingsproces. Alsof dit proces het pyruvaat omzet in acetyl-CoA en acetyl-CoA de enige component is die de Krebs-cyclusprocedure kan ondergaan. Het is ook erg belangrijk omdat door dit proces het pyruvaat het plasmamembraan passeert en vanuit het cytoplasma van de cel de mitochondriale matrix binnengaat.
citroenzuurcyclus
De Krebs-cyclus is de derde en belangrijkste stap in het cellulaire ademhalingsproces. Het komt alleen voor in een aerobe omgeving. In het geval van anaërobe ademhaling na glycolyse breekt het pyruvaat direct en produceert organische bijproducten om energie vrij te maken.
In het Krebs-cyclusproces breekt het acetyl-CoA en produceert na verschillende reacties 2 koolstofdioxidemoleculen, 1 GTP (of ATP), 1 FADH2- en 3 NADH-moleculen. Bij dit proces zijn ongeveer 8 verschillende enzymen betrokken, zoals Citraatsynthase, Aconitase, Isocitraatdehydrogenase, α-ketoglutaraat, Succinyl-CoA-synthetase, Succinaatdehydrogenase, Fumarase, Malaatdehydrogenase, enz.
In dit proces wordt citroenzuur of citraat geproduceerd als het eerste reactieproduct. Daarom wordt de cyclus ook wel de Citroenzuurcyclus genoemd. Omdat het citraat drie carbonzuurgroepen heeft (-COOH), wordt de reactie ook wel TCA-cyclus of tricarbonzuurcyclus genoemd.
Elektronen transportketen
Het is de laatste stap van de cellulaire ademhalingscyclus waar uiteindelijk de meeste energie vrijkomt na elektronenoverdracht via membraan eiwitten in de mitochondriale matrix. De NADH-, FADH2-moleculen dragen elektronen over en geven energie af.
In het aërobe ademhalingsproces fungeren zuurstofmoleculen als het laatste elektronenacceptormolecuul. Het produceert 36-38 ATP per glucosemolecuul. Het is ook bekend als het oxidatieve fosforyleringsproces. In het anaërobe ademhalingsproces sulfaat, fungeren nitraatgroepen als elektronenacceptormoleculen en produceren ze minder energie.
Typen cellulaire ademhalingscyclus
Afhankelijk van de aanwezigheid van het zuurstofmolecuul in de omgeving kunnen we cellulaire ademhalingstypes onderscheiden.
Er zijn twee soorten cellulaire ademhaling die in de natuur voorkomen. De eerste is het aërobe ademhalingsproces, het ademhalingsproces in aanwezigheid van zuurstofmolecuul. Een andere is de anaërobe ademhaling proces, waarbij zuurstofmoleculen niet nodig zijn.
Aërobe ademhaling
Het aerobe ademhalingsproces is het meest voorkomende cellulaire ademhalingsproces dat voorkomt in alle meercellige levende organismen, zoals bacteriën, schimmels, planten, dieren, enz.
In dit proces in aanwezigheid van zuurstofmolecuul verbrandt het suikergehalte en produceert het energie voor de cel. Het hele proces bestaat uit vier verschillende stappen, zoals glycolyse, acetyl-CoA-vorming, Krebs-cyclus en oxidatieve fosforylering. Na voltooiing van het hele proces, samen met 36-38 moleculen ATP, worden 6 koolstofdioxidemoleculen en 6 watermoleculen geproduceerd als eindproducten.
Aeroob ademhalingsproces van Wikimedia Commons
Glucose +6 water → 6 koolstofdioxide + 6 water + 36-38 ATP
C6H12O6 + 6O2 –> 6CO2 + 6H2O + 36 of 38 ATP
Anaërobe ademhaling
Het anaërobe ademhalingsproces komt meestal voor in lagere groepen organismen, het lichaam is meestal in prokaryotische cellen. Anaëroob ademhalingsproces is ook bekend als Farmentation-proces.
In dit proces, in afwezigheid van zuurstofmolecuul, breekt het koolhydraat- of glucosemolecuul af en produceert het een kleine hoeveelheid energie (2ATP) samen met enkele organische bijproducten. Omdat het zuurstofmolecuul mist, dienen anorganische groepen zoals sulfaat, nitraatgroepen als elektronenacceptor en geven ze wat energie af. In anaërobe ademhaling alleen glycolyse en elektronentransportketenproces wordt gevonden.
Er zijn meestal twee soorten anaërobe ademhalingsproces gevonden:
Melkzuurproductie
In de eerste breekt het glucosemolecuul en produceert pyruvaat tijdens de glycolysestap en daarna wordt het pyruvaat omgezet in melkzuur en produceert het energie.
C6H12O6 → C3H6O3 + energie (2ATP)
Melkzuurfermentatie van Wikimedia Commons
Alcoholkweek
In het tweede type anaërobe ademhalingsproces breekt één glucosemolecuul en produceert pyruvaat tijdens de glycolysestap en daarna wordt het pyruvaat omgezet in ethanol en produceert het energie samen met een koolstofdioxidemolecuul.
C6H12O6 → C2H5OH + CO2 + energie (2ATP)
Alcoholfermentatie van Wikimedia Commons
Voor meer informatie over het anaërobe ademhalingsproces, lees ons artikel over: 4+ Voorbeelden van anaërobe ademhaling: gedetailleerde uitleg
Hoe werkt cellulaire ademhaling?
De cellulaire ademhalingscyclus is een zeer gecompliceerd mechanisme waardoor ons lichaam de benodigde energie haalt uit het voedsel dat we tot ons nemen.
Het proces wordt gestart wanneer een levend organisme wat voedsel tot zich neemt. De voedingsstoffen uit dat voedsel worden opgesplitst in kleinere eenheden zoals glucose en via de bloedstroom die elke cel van het lichaam bereikt. Daarna, wanneer het organisme ademt en zuurstof opneemt, bereikt het zuurstofrijke bloed ook elke cel van het lichaam en begint het cellulaire ademhalingsproces.
Bij het starten in aanwezigheid van zuurstof breekt de cel de glucose en probeert energie te produceren met behulp van verschillende enzymen die bij het proces betrokken zijn. Het glucosemolecuul ondergaat de glycolyseroute, geeft weinig energie af en wordt omgezet in pyruvaat in het cytoplasma van de cel. Het pyruvaat wordt vervolgens overgebracht naar de mitochondriale matrix en geoxideerd om acetyl-CoA te vormen. Vervolgens ondergaat het de Krebs-cyclus en na het oxidatieve fosforyleringsproces komen grote hoeveelheden energie vrij. Deze energie zal voor elke functie van het lichaam worden gebruikt en dat is het werk van het cellulaire ademhalingsproces.
Hoe lang duurt de celademhaling bij planten?
Omdat cellulaire ademhaling een zeer snel proces is, voltooit elke soort cel de ademhaling in verschillende tijden.
Een plantencel ademt 24 uur per dag omdat het organisme constant energie nodig heeft. Afhankelijk van het celtype voltooit een basiscel typisch een cellulaire ademhalingscyclus binnen milliseconden.
Hoe lang duurt cellulaire ademhaling bij mensen?
Omdat de cellulaire ademhalingscyclus een zeer snel proces is, voltooit elke cel de ademhaling op verschillende tijdstippen.
Een cel ademt 24 uur per dag. Volgens het celtype produceert een cel 10 miljoen ATP-eenheden per seconde.
Het ademhalingsproces is strikt afhankelijk van het celtype. Een spiercel voltooit bijvoorbeeld het cellulaire ademhalingsproces sneller dan een levercel.
Hoe lang duurt een cyclus van cellulaire ademhaling?
Hoe lang een cyclus van? cellulaire ademhaling duurt volledig afhankelijk van het type van die specifieke cel.
Typisch voltooit een cel één cyclus van cellulaire ademhaling binnen een milliseconde en produceert energie.
Product voor cellulaire ademhalingscyclus
De belangrijkste functie van de cellulaire ademhalingscyclus is het produceren van energie uit voedingsstoffen. Dus in beide cellulaire ademhalingsprocessen komen energiemoleculen vrij.
In het aërobe ademhaling proces samen met energiemoleculen 6 koolstofdioxidemoleculen en 6 watermoleculen worden geproduceerd als eindproducten.
C6H12O6 + 6O2 –> 6CO2 + 6H2O + energie (36 of 38 ATP)
Bij anaërobe ademhaling worden het melkzuurproductieproces samen met energiemelkzuurmoleculen geproduceerd als de eindproducten van de reactie.
C6H12O6 → C3H6O3 + energie (2ATP)
In het alcoholfermentatieproces worden in afwezigheid van zuurstofmoleculen samen met energie-ethanol en koolstofdioxidemoleculen geproduceerd als eindproducten van de reactie.
C6H12O6 → C2H5OH + CO2 + energie (2ATP)
Voor meer informatie over fermentatie, lees ons artikel over: Is fermentatie anaërobe ademhaling: wat, waarom, gedetailleerde feiten?
Als geheel kunnen we zeggen dat het cellulaire ademhalingsproces een zeer belangrijk metabolisch proces is voor de energie van levende organismen. Alleen door dit proces breekt een cel voedingsstoffen af en zet deze om in energie-eenheden ATP. Hier bespreken we alle mogelijke aspecten met betrekking tot het cellulaire ademhalingsproces, inclusief stappen, typen en nog veel meer. De rol van het cellulaire ademhalingsproces bij het opwekken van energie is enorm.
Lees ook:
- Krebs-cyclusstappen Krebs-cyclusproces
- Rotscyclus
- Waterfiets
- Stappen van de stikstofcyclus
- Verdamping watercyclus
- Krebs-cyclusfunctie
- Watercyclusproces
- Maakt Krebs-cyclus deel uit van fotosynthese?
- Produceert de krebs-cyclus water?
- Koolstof cyclus
Hallo, ik ben Piyali Das en ik volg mijn postdoctorale studie zoölogie aan de Universiteit van Calcutta. Ik ben erg gepassioneerd door het schrijven van academische artikelen. Mijn doel is om complexe dingen op een eenvoudige manier uit te leggen door middel van mijn geschriften voor de lezers.
Hallo medelezer,
We zijn een klein team bij Techiescience, dat hard werkt tussen de grote spelers. Als je het leuk vindt wat je ziet, deel dan onze inhoud op sociale media. Uw steun maakt een groot verschil. Bedankt!