AS

Thema 6

%%Celademhaling%%

ATP (universele energieleverancier)- autotrofen → fotosynthese en heterotrofen → celademhaling

Celademhaling:

  • = oxidatie van voedigsstoffen met als doel energie uit die stoffen op te slaan in de vorm van ATP
  • Aëroob (met O2) - anaëroob (zonder O2)
  • Glucouse → voedingsstof als energiebron (als brandstof)

Oxidatie is onttrekken van H-atomen

  • NAD+ (nicotinamide adenine denucleotide) en FAD (flavine adenine denucleotide) als waterstofdragers (H+ en e- evenwicht), ze zijn ook e- acceptor = oxidator
  • NAD+ + 2e- + 2H+ →NADH + H

FAD + 2e- + 2H+ → FADH2

%%Aerobe celademhaling%%

Vrijgekomen energie gebruikt voor:

  1. Synthese van ATP

  2. Lichaamstemperatuur

Vanwaar komt C in de uitgeademde CO2?

  • Radioactief spoor in dieren: C-isotoop 14C

  • Principe: ontstaan van CaCO3 door de reactie met kalkwater

    Ca(OH)2 + CO2 → CaCO3 + H2O

Conclusies proef met rat:

  • C in uitgeademd CO2 afkomstig van C6H12O6

    14C6H12O6 → 14CO2 → Ca14CO3

  • Dus de gobale reactievergelijking v/d oxidatie van glucose

    C6H12O6 + 6O2 → 6CO2 + 6H2O + E

  • Opmerking: tussenstappen met specifieke enzymen!

Verloop v/d oxidatie van glucose → C02 en H2O in 3 stappen:

  1. Glycolyse = anaëroob in cytosol
  2. Citroenzuurcyclus = anaëroob in mitochondrie
  3. Eindoxidaties = aëroob in mitochondrie

Glycolyse

C6H12O6 → 2 fosfoglyceraldehyde

2 fosfoglyceraldehyde → 2 pyrodruivenzuur PDZ

2 NAD+ + 2H+ + 2e- → 2NADH, H+

2 ADP + 2P → 2ATP

<

Besluit: slecht 2 ATP als opbrengst → nog veel energie in PDZ

1 glucose in, → 2 PDZ

Glucose @@C6@@ → glyceraldehyde-3-fosfaat @@C3@@ → pyruvaat @@C3@@

(ATP zorgt voor activatie glucose ^ tussenproducten) en (glycolyse is niet enkel met glucose en dus kan ook met vb. fructose,…)

  • Dehydrogenatie= onttrekking van H+
  • Nevenreacties in oxfoseenheid

Citroenzuurcyclus

Pre- Krebscyclus

Pyruvaatmolecule → Decarboxylatie → reductie van NAD tot NADH, H+ → acetyl co-enzym A

Per pyruvaat :

  • 2 CO2 afgesplitst
  • 3 NADH gevormd
  • 1 FADH2 gevormd
  • 1 ATP

Per glucose:

  • 4 CO2
  • 6NADH
  • 2 FADH2
  • 2 ATP

Krebcyclus:

Citroenzuur CH2-COOH en COH-COOH en CH2-COOH

NAAR oxaalazijnzuur HOOC- CO- CH2 -COOH

<<2PDZ + 6H2O + 8 NAD+ + 2FAD→ 6CO2 +2ATP+ 8NADH,H+ + 2FADH2<<

Decarboxylatie= verlies van C en O ondervorm van CO2

Eindoxidaties

Per molecule glucose

<<10NADH,H+ + 5O2 + 30 ADP + 30 P → 10 NAD+ + 10 H2O + 30 ATP<<

<<2 FADH2 + 4 ADP + 4 P + O2 → 2FAD+ + 2H2O + 4ATP<<

Besluit: opbrengst van 34 ATP!

Belang van O2: vrijgekomen H+ en e- bindt aan H2O = aëroob proces!

Reacties via elektronentransportketen in membraan mitochondrie

  • ontstaan van protonengradiënt door actief transport (met E e-)
  • = E pot die zal vrijkomen bij diffusie p+ door transportproteïnen = ATP-synthase
  • NADH en FADH2 geven e- aan elektronentransportketen
    • O2 vangt eindelijk e- op
    • zorgen van H+ gradiënt in de binnenste membraan van mitochondriën
    • H+ gradient is gebruikt dor ATP-synthase om ATP te produceren

Oxidatie glucose:

<<C6H12O6 + 6O2+ 38 ADP + 38 P → 6H20 + 6CO2 +38ATP<<

Rendementsberekening

Fysiologische meerwaarde = E die vrijkomt bij 1g brandstof

1g lucose → 16kJ/g 1 mol glucose → 2880 kJ/mol

30 kJ nodig om 1 mol ATP te bouwen

Bij oxidatie van 1 mol glucose komen 38 mol ATP vrij

30 kJ x 38 = 1440 kJ/mol

RENDEMENT= Enut in ATP/ Etot in glucose

= 1440 kJ/ 2880 kJ = 0,39 of 39%

Besluit: bij oxidatie van 1 mol glucose komt 61% energie vrij als warmte en 39% w opgeslagen in de vorm van ATP

Functie van warmte

  • Warmbloedige dieren → thermoregulatie
  • Planten vb. in winter → geven ook warmte af

Functie van ATP

Gebruikt voor celarbeid bv: samentrekking v spieren, opbouw v biomoleculen, actief transport, zeneuwgeleiding, celdeling MAAR ook voor: lichtenergie en elektrische energie

%%Anaërobe celademhaling%%

Glucose → pyruvaat is anders verwerkt => gisting (fermentation)

  • Alcoholische gisting
  • Melkzuurgisting

Alcoholische gisting

  • ééncelig eukaryoot
  • voorplanting door knoopvorming
  • facultatief anaëroob (leven met en/of zonder O2)
  • snelle anaërobe vergisting indien glucose aanweizig = competite met andere organismen
  • kwetsbaar voor hoge alcoholconcentraties
    • PDZ → ethanal
    • geringe ATP productie
    • Ethanal kan later in aanweizigheid van O2 kan veel ATP produceren

Verloop van dit:

  1. Glycolyse

  2. Alcoholische gisting:

    2PDZ → 2ethanal + 2CO2

    2 ethanal + 2NADH,H+ → 2ethanal + 2NAD+

    Ethanal gevormd in ethanol door overgedragen van 2H+ en 2e-

<<C6H1206 + 2ADP + 2P → 2CH3CH2OH + 2CO2 + 2ATP<<

Melkzuurgisting

  • In darmflora, vaginale flora
  • Melkzuur → pH laag=> beschrem tegen infecties
  • Industrieel: vb. Yoghurt productie
    • goed houdbar in koelkast
    • samenklontering melkproteïnen dus minder vloeibaar dan melk
  • Lactose → melkzuur
  • geringe ATP productie
  • Melkzuur kan later gebruikt worden in aanweizigheid van O2 om meer ATP te produceren.

Verloop van dit:

  1. glycolyse

  2. melkzuurgiting

    2PDZ + NADH,H+ → 2 melkzuur + 2NAD+

    PDZ is gevormd naar melkzuur door het overdragen 2H+ en 2e-

<<C6H1206 + 2ADP + 2P → 2 melkzuur + 2ATP<<

%%Gasuitwisseling bij dieren%%

Essentieel = diffusie O2 en CO2 → belang van verhouding van opvlk en volume!

  • door celmembraan
  • door huid
  • gasuitwisselingsstructren voor ventilatie en oppervlaktevergroting

Tracheeën bij insecten

= vertakt systeem van adembuisjes

  • tracheolen= fijne vertakking, monden uit weefsels
  • stigmata= minieme kleine gaatjes aan de zijkanten, lucht inen uit tracheeën
  • chitineringetjes= houden trachea open

Ventilatie

  • kleine insecten: geen ventilatiesysteem
  • grote insecten: ventilatiebewegingen = contractie wanden achterlijf
    • volume groten en kleiner
    • tracheeen elastich opgebouwd

Gasuitwisseling

  • sterkt vertakt dus grote contactoppervlakte
  • kleine vertakingen tot vlak bij cellen/ mitochondrion
  • diffusie door de celmembraan
  • geen kopeling met bloed, geen transportproteïnen in bloed

Boeklongen bij spinnen

  • stigma met toegang tot tracheeenstelsel
  • 2 boeklongen: lichaamholten met uitstulpingen (als bladeren van een boek)
  • lamellen: plaatvormige uitstulpingen aan de binnenkant van de boeklongen
  • bloed vloeit rond de lamellen

Ventilatie

  • ventilatiebeweging→ volume boeklongen vergroten en verkleinen = ververings lucht

Gasuitwisseling

  • blauw bloed door pigment hemocyanine ( Cu)
  • hemocyanine vrij in bloed
  • open bloedsomloop: hart
    • open bloedvatten → lamellen → hart

Kieuwen bij vissen

  • kieuwen (links en rechts 4) zijdelings in kieuwholte achter kieuwdeksels

  • kieuwboog loodrecht op dubbele rij kieuwenfilamenten (fijne plaatjes)

  • kieuwlamellen (loodrecht op elke filamenten) met kieuwcapillairen (fijne bloedvaatjes)

  • kieuwzeef: uitsteeksels op kieuwboog om te filteren

    → ideale structuur voor oppervlaktevergroting!

Ventilatie

  • Inademen: mond open, kieuwendeksel gesloten en holte lateraal groter → water naar binnen
  • Uitademen: mondklep dicht, kieuwdeksel open en holte kleiner (contractie) → water naar buiten

Gasuitwisseling

  • enkelvoudige bloedsomloop
  • uitwisseling tussen water en kieuwcapillairen via tegenstroomdiffusie (meer efficiënt)

Longen bij vogels

  • inademen via neusgaten → mond- en keelholte →lange luchtpijp
  • 2 hoofdbronchi vertakken aan brochi en brochioli
  • stuctuur sterk doorbloed met longcapillairen
  • luchtzakken: nauwkeurig gasuitwisseling, eerder blaasbalg voor ventilatie

Ventilatie

  • beweging met tussenribsspieren, borstspieren en buikspieren
  • contractie buitenste TRS