Wanneer komt energie vrij en wanneer wordt energie opgenomen in de cel?

In de cel komt energie vrij en wordt energie opgenomen tijdens verschillende processen, voornamelijk via de moleculen ATP, ADP, NAD+ en NADH.

Wanneer komt energie vrij in de cel? Energie komt vrij wanneer de cel werk moet verrichten. Dit gebeurt op de volgende manieren:

• Omzetting van ATP naar ADP: ATP (adenosinetrifosfaat) is de belangrijkste energiedrager van de cel, vaak vergeleken met een 'opgeladen batterij'. Wanneer de cel energie nodig heeft voor processen zoals spiercontractie, actief transport van stoffen door membranen, of het bouwen van nieuwe moleculen, wordt één fosfaatgroep van ATP afgesplitst. Hierbij komt energie vrij en ontstaat ADP (adenosinedifosfaat) en een losse fosfaatgroep (P). $ATP \rightarrow ADP + P + energie$
• Oxidatie van NADH: NADH is een energierijk molecuul dat elektronen en waterstofionen (H+) met zich meedraagt. Wanneer NADH zijn elektronen en H+ afstaat (dit proces heet oxidatie), bijvoorbeeld in de elektronentransportketen, komt de opgeslagen energie vrij. Deze energie wordt vervolgens gebruikt om ATP te produceren.
• Afbraak van voedingsstoffen (dissimilatie): Bij de afbraak van energierijke voedingsstoffen, zoals glucose, komt energie vrij. Dit gebeurt in stappen, zoals tijdens de glycolyse, de citroenzuurcyclus en de oxidatieve fosforylering. De vrijgekomen energie wordt gebruikt om ADP om te zetten in ATP en NAD+ in NADH.

Wanneer wordt energie opgenomen of opgeslagen in de cel? Energie wordt opgenomen of opgeslagen wanneer de cel energie 'spaart' voor later gebruik. Dit gebeurt op de volgende manieren:

• Omzetting van ADP naar ATP (fosforylering): Dit is het 'opladen' van de batterij. Energie die vrijkomt bij de afbraak van voedingsstoffen wordt gebruikt om een fosfaatgroep aan ADP te koppelen, waardoor ATP ontstaat. $ADP + P + energie \rightarrow ATP$
• Reductie van NAD+ naar NADH: Energie wordt vastgelegd wanneer NAD+ twee elektronen en een waterstofion (H+) opneemt (dit proces heet reductie), waardoor het NADH wordt. NADH draagt deze energie dan met zich mee en kan deze later afgeven.
• Synthese van complexe moleculen (anabolisme): Voor het opbouwen van grote moleculen uit kleinere bouwstenen (bijvoorbeeld eiwitsynthese of de vorming van vetten) is energie nodig. Deze energie wordt meestal geleverd door de afsplitsing van een fosfaatgroep van ATP.

Voorbeeld: Glycolyse De glycolyse is een proces waarbij glucose wordt afgebroken en is een goed voorbeeld van zowel energieopname als energievrijgave:

1. Investeringsfase (energieopname): In het begin van de glycolyse worden twee ATP-moleculen verbruikt om de glucose te activeren. Dit is een investering van energie.
2. Oogstfase (energievrijgave en -opslag): De geactiveerde glucose wordt gesplitst. Hierbij worden twee NAD+-moleculen gereduceerd tot NADH (energieopslag), en er worden vier ATP-moleculen gevormd uit ADP (energievrijgave).
3. Netto resultaat: De glycolyse levert netto twee ATP-moleculen en twee NADH-moleculen op. Het pyrodruivenzuur dat ontstaat, bevat nog veel energie.

In situaties zonder zuurstof (anaerobe verbranding), zoals bij intensieve spieractiviteit, wordt pyrodruivenzuur omgezet in melkzuur. Dit proces is belangrijk omdat het NADH weer omzet in NAD+, zodat de glycolyse kan blijven doorgaan en er snel ATP geproduceerd kan worden, ook al is er geen zuurstof.