Energiedragers in de cel: ATP, fotosynthese en celademhaling uitgelegd

De energiedragers van de cel

Definitie: Energiedragers zijn moleculen die energie opslaan, transporteren en afgeven binnen de cel. Ze verbinden:

• Katabolisme (afbraak → energie vrij)
• Anabolisme (opbouw → energie nodig)

• ATP kan worden gebruikt als energiebron voor verschillende processen in de cel.
• NAD, NADP en FAD zijn betrokken bij oxidatie- en reductiereacties in de cel. We noemen ze daarom elektronendragers.

ATP (Adenosinetrifosfaat)

Samenstelling van ATP

ATP bestaat uit:

1. Adenine (stikstofbase)
2. Ribose (suiker)
3. 3 fosfaatgroepen (P)

Functie: Universele energiebron van de cel. Energie zit in de fosfaatbindingen.

Reactie ATP ↔ ADP

• ATP → ADP + P + energie
• Vrijgekomen energie ≈ 2,4 kJ/mol
• Omgekeerd: ADP + P + energie → ATP

➡ ATP is een energie-overdrager, geen opslag op lange termijn.

Elektronendragers

Belangrijkste elektronendragers

• Geoxideerd: NAD⁺, NADP⁺, FAD
• Gereduceerd: NADH, NADPH, FADH₂

Functie: Transport van elektronen (e⁻) en H⁺. Essentieel bij fotosynthese en celademhaling.

Fotosynthese

Fotosynthese bestaat uit drie grote stappen:

• Energieopname uit zonlicht
• De lichtreactie
• De donkerreactie of Calvincyclus

Algemene reactievergelijking:
6 CO₂ + 6 H₂O + lichtenergie → C₆H₁₂O₆ + 6 O₂

Doel: Lichtenergie → chemische energie (glucose). Gebeurt in de chloroplasten.

Energieopname van de zon

Gebeurt via fotosystemen in de thylakoïden. Bladgroenkorrels (chlorofyl) absorberen lichtenergie.

De lichtreactie

• Plaats: Thylakoïden van de chloroplast
• Functie: Lichtenergie omzetten in ATP, NADPH en zuurstofproductie

Reacties:

• 2 H₂O → 4 H⁺ + 4 e⁻ + O₂: Splitsing van water (fotolyse)
• ADP + P → ATP: ATP-vorming
• NADP⁺ + 2 e⁻ + 2 H⁺ → NADPH + H⁺: Reductie van NADP⁺

➡ H⁺ en NADPH worden gebruikt in de donkerreactie.

De donkerreactie (Calvincyclus)

• Plaats: Stroma van de chloroplast
• Functie: CO₂ omzetten in glucose
• Gebruikt: ATP + NADPH

Samenvatting: CO₂ + H⁺ + energie → C₆H₁₂O₆

De aerobe ademhaling

Algemene vergelijking:
C₆H₁₂O₆ + 6 O₂ → 6 CO₂ + 6 H₂O + energie (ATP)

Doel: Maximale energieproductie. Gebeurt in de mitochondriën.

Wanneer er voldoende zuurstof aanwezig is en als het organisme er toe in staat is, zal de celademhaling het meeste energie opleveren. De ademhaling bestaat uit drie stappen:

• De glycolyse
• De citroenzuurcyclus of Krebscyclus
• De eindoxidatie

Glycolyse

Glucose (6C) wordt tijdens de glycolyse gesplitst in twee moleculen pyruvaat (3C). Dit levert al een klein beetje energie op in de vorm van ATP.

• Plaats: Cytoplasma
• Reactie: Glucose (6C) → 2 pyruvaat (3C)
• Energie: Netto 2 ATP
• Vorming van NADH

Citroenzuurcyclus (Krebs)

Eerst: Decarboxylatie van pyruvaat (3C) → (2C) + CO₂. Dit molecuul komt terecht in de Krebscyclus.

Cyclus: Elektronen worden overgedragen aan:

• NAD⁺ → NADH
• FAD → FADH₂

Per cyclus wordt ook 1 ATP gevormd, dus twee per glucosemolecuul.

Energie: 2 ATP per glucose

Eindoxidatie

• Plaats: Binnenmembraan van het mitochondrium
• Reactie: H⁺ + e⁻ + O₂ → H₂O
• Energie: 34 ATP

Totale energieopbrengst

• Glycolyse: +2 ATP
• Citroenzuurcyclus: +1 ATP per cyclus = +2 ATP per glucose
• Eindoxidatie: +34 ATP per glucose

TOTAAL: 2 + 2 + 34 = 38 ATP-moleculen

Anaerobe ademhaling

➡ Zonder zuurstof ➡ Slechts 2 ATP

Alcoholische gisting

• Fases: Glycolyse & Decarboxylatie
• Reactie: Glucose → ethanol + CO₂ + 2 ATP
• Komt voor bij: Gist & alcoholproductie

Melkzuurgisting

• Reactie: Glucose → melkzuur + 2 ATP
• Komt voor bij: Spieren (het overgebleven lactaat zorgt dan voor stijve spieren de dag erna) & yoghurtproductie