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

=> C6H12O6 + 2NAD+ + 2ADP + 2P → 2PDZ + 2ATP + 2 NADH, H+ +2H20

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