Cellulaire ademhaling.
Cellulaire ademhaling is het proces waarmee cellen energie winnen uit glucose, met behulp van zuurstof. Het is de omgekeerde reactie van fotosynthese: C6H12O6 + 6 O2 → 6 CO2 + 6 H2O + energie. Het gebeurt in alle levende cellen — niet alleen in dieren, ook in planten, schimmels en bacteriën.
- Reactie
- C6H12O6 + 6 O2 → 6 CO2 + 6 H2O + energie
- Locatie
- Cytoplasma (glycolyse) en mitochondriën (krebscyclus, elektronentransport).
- Energievaluta
- ATP — adenosinetrifosfaat. Cellen gebruiken ATP voor vrijwel al hun werk.
- Wie doet het
- Alle eukaryotische cellen, plus veel bacteriën. Ook plantencellen, dag en nacht.
Wat het in de kern is
Cellulaire ademhaling is een gecontroleerde, langzame oxidatie van glucose. De netto-reactie is hetzelfde als bij verbranding — glucose en zuurstof in, koolstofdioxide en water uit — maar de uitvoering is heel anders. In plaats van in één stap met vlammen, gaat de cel in tientallen kleine stappen te werk, waarbij telkens een beetje energie wordt opgevangen in ATP. Daardoor verbrandt de cel niet, maar werkt ze.
De totale opbrengst per glucose-molecuul ligt in de orde van enkele tientallen ATP. Het exacte getal hangt af van het type cel en omstandigheden, en is in verschillende leerboeken iets anders ingeschat.
De drie fasen
Glycolyse is de eerste fase, in het cytoplasma. Glucose wordt in stappen afgebroken tot pyruvaat, waarbij netto twee ATP en wat reductie-equivalenten vrijkomen. Glycolyse heeft geen zuurstof nodig; ze is de oudste route en werkt ook onder anaerobe omstandigheden.
Krebscyclus (citroenzuurcyclus) speelt zich af in de mitochondriën. Pyruvaat wordt verder afgebroken; CO2 komt vrij; reductie-equivalenten worden geladen.
Elektronentransportketen, ook in de mitochondriën, levert het grootste deel van de ATP. De geladen reductie-equivalenten geven hun elektronen af aan een keten van eiwitten in het binnenmembraan, en uiteindelijk aan zuurstof — die daardoor met waterstof tot water wordt. Het is precies daar dat de O2 die je inademt, wordt verbruikt.
Met of zonder zuurstof
De volledige route, met zuurstof, heet aerobe ademhaling. Zonder zuurstof beperken cellen zich tot glycolyse en een fermentatiestap. Dat levert veel minder energie op, maar werkt wel. Spiercellen schakelen tijdelijk over op melkzuurfermentatie bij intensieve inspanning. Gist doet alcoholgisting — glucose wordt ethanol en CO2. Bacteriën in moerassen en darmen produceren methaan via een eigen anaerobe route, een belangrijke bron in de koolstofkringloop.
De rol in de kringlopen
Cellulaire ademhaling is een van de hoofdroutes in de koolstofkringloop. Wat planten via fotosynthese aan koolstof vastleggen, geven cellen — van planten, dieren en micro-organismen — via ademhaling weer als CO2 af. In de zuurstofkringloop is ademhaling de grootste verbruiker.
Op ecosysteemniveau geldt: zo lang er meer wordt vastgelegd dan ge-ademhaald, hoopt zich biomassa op (een groeiend bos, opbouwend veen). Wanneer afbraak en ademhaling het overnemen, daalt de koolstofvoorraad weer. Dat evenwicht is een centrale grootheid in de ecologie.
Misverstanden
"Planten ademen niet" — onjuist. Plantencellen doen óók cellulaire ademhaling, dag en nacht. Overdag wordt het verbruik door fotosynthese ruim gecompenseerd; 's nachts niet, en dan stoot een plant CO2 uit.
"Ademhaling betekent in- en uitademen" — half waar. Lichamelijke ademhaling (de longbeweging) is geen cellulaire ademhaling. De long zorgt alleen voor gasuitwisseling, het werk gebeurt in de cellen.
Energie versus stof
Cellulaire ademhaling brengt op één belangrijk punt het onderscheid tussen materie en energie scherp in beeld. De materie (koolstof, zuurstof, water) wordt teruggegeven aan de omgeving en kan opnieuw worden gebruikt — ze circuleert. De energie die je uit glucose haalt, wordt na gebruik uiteindelijk warmte; warmte stroomt uit het ecosysteem weg en komt niet terug. Zie energiestroom in ecosystemen.