Wat is celmetabolisme?
Celmetabolisme is een algemene term voor alle chemische reacties die energie omzetten of energie in een cel gebruiken. De cellen van mensen en vele andere meercellige organismen gebruiken het proces van aërobe ademhaling om voedsel in energie om te zetten. Planten en sommige micro-organismen voeren het proces van fotosynthese uit. Andere organismen gebruiken anaërobe ademhaling of gisting, soorten celmetabolisme waarvoor geen zuurstof nodig is.
Twee soorten chemische reacties komen voor in het celmetabolisme, katabole reacties en anabole reacties. Katabole reacties produceren energie voor de cel om te gebruiken, terwijl anabole reacties energie nodig hebben om moleculen te maken die nodig zijn voor de cel om te blijven functioneren. Cellen slaan energie op in de vorm van adenosinetrifosfaat (ATP), dat wordt gevormd door katabole reacties en wordt gebruikt door anabole reacties.
Aerobe ademhaling breekt organische koolstofbronnen af, zoals koolhydraten, eiwitten en vetten. Ten eerste breekt het proces van glycolyse een molecuul glucose - een suiker met zes koolstofatomen - af in twee moleculen pyruvaat, twee moleculen gereduceerd nicotinamide adenine dinucleotide (NADH) en twee moleculen ATP. De Kreb-cyclus, ook wel de citroenzuurcyclus (CAC) of de tricarbonzuur (TCA) -cyclus genoemd, breekt het tijdens glycolyse gecreëerde pyruvaat verder af in kooldioxide en water, waardoor nog twee ATP-moleculen worden gevormd. Een mechanisme genaamd een elektronentransportketen brengt waterstofatomen over van NADH naar zuurstof. Bij deze overdracht komt energie vrij, die wordt gebruikt om nog 34 ATP-moleculen te maken.
Glycolyse en de Kreb-cyclus vinden op dezelfde manier plaats bij anaërobe ademhaling als bij aërobe ademhaling. In de elektrontransportketen worden echter anorganische moleculen - moleculen die geen koolstof bevatten - gebruikt als elektronenacceptor in plaats van zuurstof. Het type anorganische molecule dat wordt gebruikt, is afhankelijk van het organisme. Sommige organismen gebruiken bijvoorbeeld zwavelhoudende verbindingen en sommige gebruiken stikstofhoudende verbindingen. Anaërobe ademhaling produceert in totaal 36 moleculen ATP, in tegenstelling tot 38 voor aerobe ademhaling.
Fermentatie is een andere vorm van anaëroob metabolisme, maar in tegenstelling tot anaërobe ademhaling, omvat het geen elektrontransportketen of de Kreb-cyclus. Glycolyse breekt organische moleculen af om energie te creëren. Aangezien glycolyse de enige reactie is die plaatsvindt bij de fermentatie, produceert het slechts twee ATP-moleculen per glucosemolecuul.
Planten en sommige micro-organismen, die allemaal worden geclassificeerd als fotoautotrofen, halen hun energie uit een vorm van celmetabolisme die fotosynthese wordt genoemd, in plaats van ademhaling. Fotoautotrofen halen energie uit licht en zetten deze om in chemische energie in de vorm van ATP. De cellen gebruiken vervolgens de ATP om koolstofdioxide om te zetten in glucose en andere voedingsstoffen die het organisme nodig heeft.