Waarom is zuurstof belangrijk bij cellulaire ademhaling?

Cellulaire ademhaling is het proces dat cellen gebruiken om energie op te halen die is opgeslagen in koolhydraten, vetten en eiwitten. Glucose en andere moleculen worden afgebroken en de vrijgekomen energie wordt gebruikt om een ​​ander molecuul te maken dat adenosine trifosfaat (ATP) wordt genoemd, de 'energievaluta' van de cel. Hoewel onze cellen fermentatie kunnen gebruiken om ATP te maken zonder zuurstof te gebruiken, is cellulaire ademhaling veel efficiënter, zo veel zelfs dat mensen en de meeste andere dieren snel sterven als ze geen zuurstof hebben.

Hoe cellulaire ademhaling werkt

Cellulaire ademhaling begint met glycolyse, waarbij een molecuul glucose wordt gesplitst in het cytoplasma van de cel. De belangrijkste stappen in cellulaire ademhaling vinden echter plaats in de mitochondriën, de krachtcentrales van de cel, waar elektronen langs een reeks membraan-ingebedde eiwitten gaan die de elektronentransportketen wordt genoemd. Elk eiwit gebruikt een deel van de energie van deze overdracht om waterstofionen in de ruimte tussen de binnen- en buitenmembranen van de mitochondriën te pompen. Door waterstofionen in deze ruimte te concentreren, creëert het mitchondrion een gradiënt dat het kan gebruiken om ATP te maken, zoals water naar boven pompen om een ​​turbine aan te drijven. De ATP wordt vervolgens beschikbaar gemaakt voor andere processen in de cel voor energie.

De rol van zuurstof

Aan het einde van de elektronentransportketen in de mitochondriën worden elektronen gedoneerd aan zuurstof (O2), wat samengaat met waterstofionen om water te vormen. Zonder de O2-moleculen om de elektronen te accepteren, zou de elektronentransportketen niet kunnen werken.

Fermentatie

Cellulaire ademhaling verwijst over het algemeen naar aërobe ademhaling, waarbij cellen het hierboven beschreven proces gebruiken om ATP te maken. Als zuurstof niet beschikbaar is, kunnen onze cellen echter nog steeds een beperkte hoeveelheid ATP maken door melkzuurgisting. In dit proces gebruikt de cel glycolyse om glucose te splitsen (net als bij aërobe ademhaling) en doneert elektronen aan een suikermolecuul dat pyruvaat wordt genoemd en dat zich vormt wanneer glucose wordt afgebroken. Deze reactie resulteert in een bijproduct dat melkzuur wordt genoemd.

Fermentatie vs. Aerobic Respiration

Aerobe ademhaling levert veel meer ATP op dan melkzuurgisting. Bij fermentatie accepteert het pyruvaat elektronen van glycolyse; in aërobe ademhaling, aan de andere kant, wordt het pyruvaat nog verder afgebroken om meer ATP in de mitochondriën te maken. Dientengevolge kan aerobe ademhaling tot 19 keer meer ATP per molecuul glucose genereren dan melkzuurgisting.

Waarom zuurstof belangrijk is

Zuurstof is belangrijk omdat het aërobe ademhaling mogelijk maakt door elektronen van de transportketen in de mitochondriën. Soms is zuurstof niet beschikbaar in sommige van je spiercellen (meestal tijdens zware inspanning); in tijden zoals deze, zullen de spiercellen tijdelijk terugkeren naar melkzuurgisting, wat veel minder energie oplevert.