Informatie

Waarom worden er slechts 6 watermoleculen gevormd bij de aerobe afbraak van glucose?


Ik bestudeer de aerobe afbraak van glucose en het lijkt erop dat we voor elk glucosemolecuul $ce{10H2O}$ moleculen zouden moeten krijgen. Het is echter bekend dat we er maar 6 krijgen.

$ce{C6H12O6 + 6O2 -> 6CO2 + 6H2O}$

(Ik ga me niet concentreren op alle producten en reactanten, maar alleen op de belangrijke voor de vorming van watermoleculen)

Ten eerste krijgen we bij de glycolyse voor elk glucosemolecuul twee watermoleculen, $ce{2NADH+}$ en 2 pyruvaatmoleculen. Door de oxidatie van twee pyruvaatmoleculen verkrijgen we $ce{2NADH+}$ en 2 acetyl Co-A-moleculen. We gaan dus twee keer door de Krebs-cyclus, waarbij we $ce{6NADH+}$ en $ce{2FADH2}$ krijgen, en we hebben 4 watermoleculen nodig.

Dus als we bij de elektronentransportketen aankomen, hebben we een negatief saldo van 2 watermoleculen, en we hebben $ce{10NADH+}$ en $ce{2FADH2}$. Er is ons verteld dat voor elk van deze moleculen 2 elektronen naar de elektronentransportketen gaan, dat betekent dat er in totaal 24 elektronen naar het systeem gaan. Het probleem komt hier:

$ce{4e- + 4H+ + O2 = 2H2O}$

Dus rekening houdend met het feit dat we $24e^-$ hebben, moeten er 12 watermoleculen worden gevormd, dus uiteindelijk hebben we 10 watermoleculen gewonnen, maar we weten dat het aantal gevormde watermoleculen 6 moet zijn. er klopt iets niet in mijn uitleg. Ik zou heel blij zijn als je me zou kunnen vertellen wat er mis is.

Bij voorbaat dank.


Je verwarring komt volledig voort uit deze vergelijking:

$ce{C6H12O6 + 6O2 -> 6CO2 + 6H2O}$

Deze reactie is de verbranding van glucose. Dit is niet hoe glucose in cellen wordt geoxideerd! Waarom zoveel biologieteksten en -cursussen deze vergelijking presenteren bij het introduceren van metabolisme, is mij een raadsel.

Inderdaad, uw tracking van watermoleculen is correct: beginnend met één glucosemolecuul, worden 2 wateren geproduceerd in glycolyse, 4 worden verbruikt in de tricarbonzuurcyclus en 12 worden geproduceerd tijdens oxidatie van NADH/QH2 (dwz FADH2). Dit geeft een netto totaal van 10 geproduceerd.

Waarom is dit anders dan de verbranding van glucose? Het antwoord ligt in de zuurstof die wordt geïntroduceerd door anorganisch fosfaat tijdens fosforylering op substraatniveau. Overweeg de uitgebalanceerde nettoreactie voor de biologische oxidatie van glucose (vereenvoudigd door het negeren van ATP geproduceerd door oxidatieve fosforylering en het vervangen van ADP/ATP door GDP/GTP):

$ce{C6H12O6 + 6O2 + 4ADP + 4P_i + 4H+ -> 6CO2 + 4ATP + 10H2O}$

Overweeg in het bijzonder de vorming van ATP uit ADP en Pl (HPO42-). In beide fosforyleringsreacties op substraatniveau (gekatalyseerd door GADPH/PGK in glycolyse en succinaat-CoA-ligase in de tricarbonzuurcyclus), valt anorganisch fosfaat nucleofiel de geactiveerde carbonyl (thioester) van het substraat aan en wordt vervolgens overgebracht naar ADP (om ATP te vormen) :

De zuurstofatomen van het oorspronkelijke anorganische fosfaat zijn rood gekleurd. Het belangrijkste punt is dat een zuurstofatoom van HPO42- wordt overgebracht naar de ondergrond. Deze zuurstof wordt later verwijderd in de vorm van kooldioxide, via oxidatieve decarboxylering, tijdens de omzetting van pyruvaat naar acetyl-CoA en in de tricarbonzuurcyclus. Dit gebeurt vier keer voor elk glucosemolecuul dat de glycolyse binnengaat en gaat gepaard met de reductie van NAD+ naar NADH. Aangezien NADH wordt gebruikt om moleculaire zuurstof te verminderen tijdens de elektronentransportketen:

$ce{NADH + H+ + 1/2O2 -> NAD+ + H2O}$

… dit verklaart waar de vier, schijnbaar extra, watermoleculen vandaan komen als we de verbranding van glucose vergelijken met de biologische oxidatie ervan.


Ik denk dat je de bedoeling verkeerd opvat die wordt verondersteld in de verklaring "6 H20 gegenereerd uit glycolyse". Het getal 6 staat simpelweg in relatie tot het aantal koolstoffen dat wordt geoxideerd tot CO2 binnen de TCA... die een elektron genereert bij elke oxidatieve gebeurtenis, waarin de 6 elektronen vervolgens naar OXPHOS worden gependeld, waarvoor 3 O2 nodig is om 6 H20 te vormen... Kortom: wanneer ze zeggen dat 6 H20 "aëroob" wordt geproduceerd, ze verwijzen specifiek naar de vereenvoudigde OXPHOS-component (of eenvoudig: C6H12O6 + 6 O2 → 6 CO2 + 6 H2O).

Van belang:

  1. Stoichometrie is relatief nutteloos in echt onderzoek. Denk er niet te veel over na. Metabolisme is ongelooflijk dynamisch.

  2. De betrokkenheid van H20 in de praktijk bij volledige glucose-oxidatie is veel complexer: Twee omwentelingen van de TCA-cyclus genereren: 4 CO2 uit 2 acetyl CoA waarvoor in totaal 4+ H20 nodig is, maar heeft slechts een netto H20-verlies van 4. Citraatsynthase en fumerase beide verbruiken 2 H20 per stuk om de productie van 4 CO2 mogelijk te maken. De resterende H20 wordt gebruikt bij aconitase, maar er treedt geen verlies of winst van H20 op bij deze reactie. Pyruvaatdehydrogenase produceert de andere 2 CO2's die in totaal 6 CO2 maken, maar heeft bij deze stap geen H20 nodig... OXPHOS-activiteit: (na 2 omwentelingen van TCA) resulteert in 48 totale H20 geproduceerd tussen ATP-synthase, cytochroomoxidase en enolase - en wordt dat 4H20 wordt geconsumeerd in de TCA, is de netto H20-productie per glucose eigenlijk 44 H20.


Bij elke draai van de TCA-cyclus komen er twee wateren binnen, één bij citraatsynthase en één bij fumarase. Bovendien denk ik niet dat het juist is om te zeggen dat je netto water krijgt van glycolyse (in feite, als je kijkt naar wat je schreef, zijn de zuurstofatomen niet in evenwicht). Ik denk dat wat je mist, is dat je ook een ATP krijgt, en het water dat je krijgt bij de 2PG->PEP-stap maakt echt deel uit van de netto-reactieADP + fosfaat -> ATP + water.

Om het water echt in evenwicht te brengen, moet je rekening houden met alle substraten en bijproducten van glucose-oxidatie, inclusief de ATP/GTP.


Wat is aerobe glycolyse? (met foto's)

Aerobe glycolyse is de eerste van drie stadia die de aerobe cellulaire ademhaling vormen. Cellulaire ademhaling is het proces dat in alle cellen plaatsvindt om energie vrij te maken die is opgeslagen in glucosemoleculen. Er zijn twee vormen van cellulaire ademhaling, aëroob en anaëroob, wat betekent dat er zuurstof nodig is en geen zuurstof.

Alle levende organismen hebben energie nodig om te overleven. Die energie komt binnen via voedsel, waar voor planten ook energie van de zon onder valt. Welke vorm van voedsel het organisme ook opneemt, het wordt omgezet in koolhydraten, met name glucose. Tijdens cellulaire ademhaling wordt glucose omgezet in koolstofdioxide en water, waarbij energie vrijkomt in de cel. Het afbreken van de glucosemoleculen is een oxidatiereactie, dus zuurstof is nodig om het proces door te laten gaan.

De drie stadia van aerobe ademhaling zijn aerobe glycolyse, de Krebs-cyclus en het elektronentransportsysteem. Tijdens elke fase vindt een aantal chemische reacties plaats die het algehele proces van de cellulaire ademhaling vormen. Het resultaat van aerobe glycolyse is dat het glucosemolecuul wordt afgebroken tot twee pyruvaat- of pyrodruivenzuurmoleculen, die verder worden afgebroken in de Krebs-cyclus, en twee watermoleculen.

De energie die vrijkomt bij cellulaire ademhaling gebeurt niet allemaal tegelijk. In feite komt er bij elk van de drie hoofdfasen wat energie vrij. Wanneer de energie vrijkomt uit het glucosemolecuul, komt het niet vrij als vrije energie. De energie wordt opgeslagen in adenosinetrifosfaat (ATP)-moleculen, dit zijn moleculen voor energieopslag op korte termijn die gemakkelijk binnen en tussen cellen kunnen worden getransporteerd.

De energieproductie begint tijdens aerobe glycolyse. Tijdens dit proces worden twee van de 36 totale ATP-moleculen gecreëerd. Alle stadia van cellulaire ademhaling bestaan ​​uit een aantal complexe chemische reacties. Aerobe glycolyse bestaat eigenlijk uit een aantal verschillende stadia waar het glucosemolecuul doorheen gaat. De energie die nodig is om de acht ATP-moleculen te produceren, komt vrij in verschillende stadia van het proces.

Tijdens aerobe glycolyse worden in eerste instantie twee ATP-moleculen gebruikt om het glucosemolecuul voldoende reactief te maken. Het glucosemolecuul is gefosforyleerd, wat betekent dat fosfaatmoleculen vanuit de ATP-moleculen aan het glucosemolecuul worden toegevoegd. Nadat de glucose is gefosforyleerd, splitst het zich van een suikermolecuul met zes koolstofatomen in twee suikermoleculen met drie koolstofatomen. Waterstofatomen worden verwijderd uit de resulterende drie koolstofsuikers en twee fosfaten gaan verloren van elk, waardoor vier nieuwe ATP-moleculen worden gevormd. Nadat de glucose al deze stappen heeft doorlopen, is het uiteindelijke resultaat twee drie koolstofpyruvaatmoleculen, twee watermoleculen en twee ATP-moleculen.


ATP-opbrengst door oxidatie van glucose bij aerobe ademhaling

De netto ATP-opbrengst in eukaryoten van glycolyse, TCA-cyclus en elektronentransport en oxidatieve fosforylering kan gemakkelijk worden berekend.

Vóór de algemene aanvaarding van de chemiosmotische hypothese voor oxidatieve fosforylering, was deze berekening gebaseerd op de fosfaat/zuurstofverhouding (P/O-verhouding). De meeste experimenten leverden P/O op (ATP tot ½ O2) verhouding van meer dan twee wanneer NADH de elektronendonor was, en meer dan één wanneer succinaat de elektronendonor was.

Gezien de aanname dat de P/O-verhouding een integrale waarde zou moeten hebben, waren de meeste onderzoekers het erover eens dat de P/O-verhoudingen 3 moeten zijn voor NADH en 2 voor succinaat (FADH)2.

Op basis van deze P/O-verhoudingen (het aantal ATP's gevormd per zuurstofatoom en verminderd met 2 elektronen in de elektronentransportketen), werd de totale ATP-opbrengst van oxidatie van één glucosemolecuul bij aerobe ademhaling berekend op maximaal 36 ATP's. Het aantal gaat naar 38 wanneer malaat-aspartaatsuttel wordt gebruikt in plaats van het glycerol-3-fosfaatsuttel.

Met de algemene aanvaarding van de chemiosmotische hypothese voor het koppelen van ATP-synthese aan oxidatieve fosforylering, was er geen theoretische vereiste dat de P/O-verhouding integraal was.

De relevante vraag werd nu hoeveel protonen (H + ) naar buiten worden gepompt door elektronentransportketen van één NADH naar zuurstof, en hoeveel protonen (H + ) naar binnen moeten stromen door de F1/F0 ATPase-complex om de synthese van één ATP aan te sturen? De beste huidige schattingen voor protonen die per elektronenpaar worden weggepompt, zijn boog 10 voor NADH en 6 voor succinaat (FADH2).

De meest algemeen aanvaarde experimentele waarde voor het aantal protonen dat nodig is om de synthese van een ATP-molecuul aan te sturen, is 4, waarvan er één wordt gebruikt bij het transporteren van Pi (anorganisch fosfaat), ATP en ADP over het mitochondriale membraan. Als er per NADH 10 protonen worden weggepompt en er 4 moeten instromen om één ATP te produceren, is de op protonen gebaseerde P/O-verhouding 2,5 (10/4) voor NADH en 1,5 (6/4) voor succinaat (FADH2).

Daarom worden, zoals weergegeven in tabel 24.3, 30 ATP-moleculen gesynthetiseerd wanneer glucose volledig is geoxideerd tot CO2. Dit aantal gaat naar 32 wanneer malaat-aspartaat suttle in plaats van de glycerol 3-fosfaat suttle wordt gebruikt.

ATP-opbrengsten in bacteriën in aerobe omstandigheden kunnen minder zijn omdat de bacteriële elektronentransportsystemen vaak lagere P/O-verhoudingen hebben dan het eukaryote systeem. Escherichia coli met zijn vertakte elektronentransportketens heeft bijvoorbeeld een P/O-verhouding van ongeveer 1,3 bij ademhaling bij hoge zuurstofniveaus en slechts een verhouding van ongeveer 0,67 bij ademhaling bij lage zuurstofniveaus.

In dit geval varieert ATP-synthese met de omgevingsomstandigheden. Misschien omdat E. coli normaal gesproken groeit in habitats die rijk zijn aan voedingsstoffen, hoeft het niet bijzonder efficiënt te zijn in ATP-synthese. Vermoedelijk functioneert de elektronentransportketen wanneer E. coli zich in een aërobe zoetwateromgeving tussen gastheren bevindt.


Definitie

Aerobe fermentatie: Reeks chemische reacties die betrokken zijn bij de productie van energie door voedsel volledig te oxideren

Anaërobe fermentatie: Chemische afbraak van organische substraten tot ethanol of melkzuur door micro-organismen in aanwezigheid van zuurstof

Voorval

Aerobe fermentatie: Komt voor in zowel cytoplasma als mitochondriën

Anaërobe fermentatie: Komt voor in het cytoplasma

Type organismen

Aerobe fermentatie: Komt voor bij hogere dieren en planten

Anaërobe fermentatie: Komt voor in gist, parasieten en bacteriën

Zuurstof

Aerobe fermentatie: Gebruikt moleculaire zuurstof als de laatste elektronenacceptor in de elektronentransportketen

Anaërobe fermentatie: Gebruikt geen zuurstof

Water

Aerobe fermentatie: Produceert zes watermoleculen per glucosemolecuul

Anaërobe fermentatie: Produceert geen water

Oxidatie van het substraat

Aerobe fermentatie: Glucose wordt volledig afgebroken tot koolstofdioxide en zuurstof

Anaërobe fermentatie: Glucose wordt onvolledig geoxideerd tot ethanol en melkzuur

NAD + regeneratie

Aerobe fermentatie: NAD + regeneratie vindt plaats in de elektronentransportketen

Anaërobe fermentatie: NAD + regeneratie vindt plaats tijdens de gedeeltelijke oxidatie van pyruvaat

ATP-productie tijdens NAD + regeneratie

Aerobe fermentatie: ATP is een opbrengst tijdens de NAD+ regeneratie

Anaërobe fermentatie: ATP is geen opbrengst tijdens de NAD+ regeneratie

Aantal geproduceerde ATP's

Aerobe fermentatie: Produceert 36 ATP

Anaërobe fermentatie: Produceert 2 ATP

Conclusie

Aerobe en anaërobe fermentatie zijn twee soorten cellulaire ademhaling die betrokken zijn bij de productie van energie uit glucose. Aërobe fermentatie vereist zuurstof, terwijl anaërobe fermentatie geen zuurstof nodig heeft. NAD + -regeneratie vindt plaats in de elektronentransportketen van de aërobe ademhaling, terwijl het optreedt tijdens de gedeeltelijke oxidatie van pyruvaat bij anaërobe ademhaling.

Verwijzing:

1. "Gisting en anaërobe ademhaling." Khan Academie, Beschikbaar Hier.

Afbeelding met dank aan:

1. “Cellular respiration flowchart'8221 Door gebruikers Daycd, Pdefer, Bdesham op en.wikipedia – Gemaakt door bdesham met en:OmniGraffle nabewerkt in en:GraphicConverter (Public Domain) via Commons Wikimedia
2. “Cellulaire ademhaling'8221 Door Darekk2 – Eigen werk (CC BY-SA 3.0) via Commons Wikimedia

Over de auteur: Lakna

Lakna, afgestudeerd in Moleculaire Biologie & Biochemie, is Moleculair Bioloog en heeft een brede en levendige interesse in het ontdekken van natuurgerelateerde zaken


Samenvatting

  1. Aërobe ademhaling is het aërobe katabolisme van voedingsstoffen tot koolstofdioxide, water en energie, en omvat een elektronentransportsysteem waarin moleculaire zuurstof de uiteindelijke elektronenacceptor is.
  2. De algemene reactie is: C6H12O6 + 6O2 levert 6CO . op2 + 6H2O + energie (als ATP). Glucose (C6H12O6 ) wordt geoxideerd om kooldioxide (CO2) en zuurstof (O2) wordt gereduceerd om water te produceren (H2O).
  3. Dit type ATP-productie wordt gezien in aeroben en facultatieve anaëroben.
  4. Aerobe ademhaling omvat vier fasen: glycolyse, een overgangsreactie die acetyl-co-enzym A vormt, de citroenzuurcyclus (Krebs), en een elektronentransportketen en chemiosmosis.

Meerkeuze

Wat is de locatie van elektronentransportsystemen in prokaryoten?

A. het buitenste mitochondriale membraan
B. het cytoplasma
C. het binnenste mitochondriale membraan
D. het cytoplasmatische membraan

Wat is de bron van de energie die wordt gebruikt om ATP te maken door oxidatieve fosforylering?

A. zuurstof
B. hoogenergetische fosfaatbindingen
C. de proton-aandrijfkracht
D. Pl

Om welke van de volgende redenen kan een cel anaërobe ademhaling uitvoeren?

A. Het heeft geen glucose voor afbraak.
B. Het mist de overgangsreactie om pyruvaat om te zetten in acetyl-CoA.
C. Het mist Krebs-cyclus-enzymen voor de verwerking van acetyl-CoA tot CO2.
D. Het mist een cytochroomoxidase voor het doorgeven van elektronen aan zuurstof.

In prokaryoten, welke van de volgende is waar?

A. Terwijl elektronen via een ETS worden overgedragen, wordt H+ uit de cel gepompt.
B. Terwijl elektronen via een ETS worden overgedragen, wordt H+ de cel in gepompt.
C. Terwijl protonen via een ETS worden overgedragen, worden elektronen uit de cel gepompt.
D. Terwijl protonen via een ETS worden overgedragen, worden elektronen de cel in gepompt.

Welke van de volgende is geen elektronendrager in een elektronentransportsysteem?

A. flavoproteïne
B. ATP-synthase
C. ubiquinon
D. cytochroomoxidase


Wat is anaërobe ademhaling?

Anaërobe ademhaling is de reeks reacties die plaatsvinden in afwezigheid van zuurstof, die voedsel afbreekt in eenvoudige organische verbindingen, waarbij energie wordt gegenereerd in de vorm van ATP. Anaërobe ademhaling komt voor in micro-organismen zoals sommige bacteriën, gisten en parasitaire wormen. Het komt voor in het cytoplasma van de cellen van die organismen en levert slechts 2 ATP's op.

Er worden twee categorieën aërobe ademhaling onderscheiden. De eerste categorie van anaërobe ademhaling vindt plaats door glycolyse en onvolledige oxidatie van pyruvaat tot melkzuur of ethanol. Het proces wordt fermentatie genoemd. De uiteindelijke elektronenacceptor en de waterstofacceptor is het eenvoudige organische eindproduct. De eindproducten worden als afvalmetabolieten in het medium uitgescheiden. Tijdens de fermentatie vindt glycolyse als eerste stap plaats. Het resulterende pyruvaat wordt in gist en sommige bacteriën omgezet in ethanol. In planten, wanneer zuurstof afwezig is, wordt ethanol geproduceerd door anaërobe ademhaling. Dit type fermentatie wordt ethanolfermentatie genoemd. De algemene chemische reactie van ethanolfermentatie wordt hieronder weergegeven.

Chemische reactie van ethanolfermentatie

Bij dieren, wanneer zuurstof afwezig is, wordt melkzuur geproduceerd door anaërobe ademhaling. Dit wordt melkzuurfermentatie genoemd. De algemene chemische reactie voor melkzuurfermentatie wordt hieronder weergegeven.

Chemische reactie van melkzuurfermentatie

De efficiëntie van fermentatie is erg laag in vergelijking met aerobe ademhaling. Melkzuur, dat wordt geproduceerd tijdens de melkzuurfermentatie, is giftig voor weefsels. Het verschil tussen aërobe ademhaling en anaërobe ademhaling in de zin van melkzuurfermentatie wordt getoond in: Figuur 2.

Figuur 2: Verschil tussen aerobe ademhaling en melkzuurfermentatie

Tijdens de tweede categorie van anaërobe ademhaling is de laatste elektronenacceptor sulfaat of nitraat aan het einde van de elektronentransportketen. Sommige prokaryoten zoals bacteriën en archaea voeren dit type anaërobe ademhaling uit. Het accepteren van elektronen door sulfaat produceert waterstofsulfide als het eindproduct. In methanogenen is de uiteindelijke elektronenacceptor koolstofdioxide, dat methaan als eindproduct produceert.


Inhoud

Eiwitten vormen een verscheidenheid aan verschillende weefsels in het lichaam, die kunnen worden geclassificeerd als eiwitten van zacht of hard weefsel. Als zodanig worden eiwitten in het lichaam niet met een uniforme snelheid afgebroken.

Proteolyse Bewerken

Proteolyse is het proces dat eiwitten afbreekt. Het wordt gereguleerd door vocht, temperatuur en bacteriën. [5] Dit proces vindt niet met een uniforme snelheid plaats en daarom worden sommige eiwitten tijdens de vroege ontbinding afgebroken, terwijl andere tijdens de latere stadia van ontbinding worden afgebroken. Tijdens de vroege stadia van ontbinding worden weke delen eiwitten afgebroken. Deze omvatten eiwitten die:

Tijdens latere stadia van ontbinding worden meer resistente weefseleiwitten afgebroken door de effecten van verrotting. Waaronder:

Keratine is een eiwit dat voorkomt in huid, haar en nagels. Het is het meest resistent tegen de enzymen die betrokken zijn bij proteolyse en moet worden afgebroken door speciale keratinolytische micro-organismen. [7] Dit is de reden dat haren en nagels vaak worden aangetroffen bij skeletresten. [8]

Proteolyse producten Bewerken

In het algemeen breekt proteolyse eiwitten af ​​in: [3] [4]

Voortdurende proteolyse leidt tot de productie van fenolische stoffen. Daarnaast zullen ook de volgende gassen worden geproduceerd: [4]

De zwavelhoudende aminozuren cysteïne en methionine ondergaan bacteriële ontleding en leveren: [4]

  • ammoniak (ontledingsgassen die bekend staan ​​om hun onaangename geuren)
  • waterstofsulfidegas
      wordt geproduceerd als er ijzer aanwezig is, wat kan worden gezien als een zwarte neerslag
  • Twee veel voorkomende decarboxyleringsproducten van eiwitten die verband houden met ontleding zijn putrescine en cadaverine. Deze verbindingen zijn in hoge concentraties giftig en hebben een kenmerkende, vieze geur. [6] Er wordt aangenomen dat ze componenten zijn van de karakteristieke geuren van ontbinding die vaak worden waargenomen door kadaverhonden. [3]

    Een samenvatting van de eiwitafbraakproducten is te vinden in Tabel 1 hieronder.

    Stikstofafgifte Bewerken

    Stikstof is een bestanddeel van aminozuren en komt vrij bij deaminering. Het komt meestal vrij in de vorm van ammoniak, dat kan worden gebruikt door planten of microben in de omgeving, omgezet in nitraat of zich kan ophopen in de bodem (als het lichaam zich op of in de bodem bevindt). [4] Er is gesuggereerd dat de aanwezigheid van stikstof in de bodem de nabijgelegen plantengroei kan versterken. [6]

    In zure bodemomstandigheden wordt ammoniak omgezet in ammoniumionen, die door planten of microben kunnen worden gebruikt. Onder alkalische omstandigheden kan een deel van de ammoniumionen die de bodem binnendringen weer worden omgezet in ammoniak. Overgebleven ammonium in het milieu kan nitrificatie en denitrificatie ondergaan om nitraat en nitriet op te leveren. Bij afwezigheid van nitrificerende bacteriën of organismen die ammoniak kunnen oxideren, zal ammoniak zich ophopen in de bodem. [4]

    Fosforafgifte Bewerken

    Fosfor kan vrijkomen uit verschillende componenten van het lichaam, waaronder eiwitten (vooral die waaruit nucleïnezuren bestaan), suikerfosfaat en fosfolipiden. De route die fosfor aflegt zodra het vrijkomt, is complex en afhankelijk van de pH van de omgeving. In de meeste bodems komt fosfor voor als onoplosbare anorganische complexen, geassocieerd met ijzer, calcium, magnesium en aluminium. Bodemmicro-organismen kunnen ook onoplosbare organische complexen omzetten in oplosbare. [4]

    Vroeg in de afbraak worden koolhydraten afgebroken door micro-organismen. Het proces begint met de afbraak van glycogeen in glucosemonomeren. [9] Deze suikermonomeren kunnen volledig worden afgebroken tot kooldioxide en water of onvolledig worden afgebroken tot verschillende organische zuren en alcoholen, [3] of andere zuurstofhoudende soorten, zoals ketonen, aldehyden, esters en ethers. [10]

    Afhankelijk van de beschikbaarheid van zuurstof in het milieu, worden suikers door verschillende organismen en in verschillende producten afgebroken, hoewel beide routes tegelijkertijd kunnen plaatsvinden. Onder aerobe omstandigheden zullen schimmels en bacteriën suikers ontleden in de volgende organische zuren: [3]

    Onder anaërobe omstandigheden zullen bacteriën suikers ontleden in: [3]

    die gezamenlijk verantwoordelijk zijn voor de zure omgeving die gewoonlijk wordt geassocieerd met ontbindende lichamen. [3]

    Andere bacteriële fermentatieproducten omvatten alcoholen, zoals butyl- en ethylalcohol, aceton en gassen, zoals methaan en waterstof. [3]

    Een samenvatting van de koolhydraatafbraakproducten is te vinden in Tabel 1 hieronder.

    Lipiden in het lichaam bevinden zich voornamelijk in vetweefsel, dat bestaat uit ongeveer 5-30% water, 2-3% eiwit en 60-85% lipiden, waarvan 90-99% triglyceriden. [3] Vetweefsel bestaat grotendeels uit neutrale lipiden, wat gezamenlijk verwijst naar triglyceriden, diglyerciden, fosfolipiden en cholesterolesters, waarvan triglyceriden de meest voorkomende zijn. [11] Het vetzuurgehalte van de triglyceriden varieert van persoon tot persoon, maar bevat de grootste hoeveelheid oliezuur, gevolgd door linolzuur, palmitoleïnezuur en palmitinezuur. [12]

    Neutrale afbraak van lipiden

    Neutrale lipiden worden kort na de dood door lipasen gehydrolyseerd om de vetzuren te bevrijden van hun glycerolruggengraat. Hierdoor ontstaat een mengsel van verzadigde en onverzadigde vetzuren. [13] Onder de juiste omstandigheden (wanneer voldoende water en bacteriële enzymen aanwezig zijn) worden neutrale lipiden volledig afgebroken totdat ze zijn gereduceerd tot vetzuren. Onder geschikte omstandigheden kunnen de vetzuren worden omgezet in adipocere. [12] Daarentegen kunnen vetzuren reageren met natrium- en kaliumionen die aanwezig zijn in weefsel, om zouten van vetzuren te produceren. Wanneer het lichaam zich in de buurt van de bodem bevindt, kunnen de natrium- en kaliumionen worden vervangen door calcium- en magnesiumionen om zepen van verzadigde vetzuren te vormen, die ook kunnen bijdragen aan de vorming van adipocere. [4]

    Vetzuurafbraak Bewerken

    De vetzuren die het gevolg zijn van hydrolyse kunnen een van de twee afbraakroutes ondergaan, afhankelijk van de beschikbaarheid van zuurstof. [3] Het is echter mogelijk dat beide routes tegelijkertijd plaatsvinden in verschillende delen van het lichaam.

    Anaërobe degradatie

    Anaërobe bacteriën domineren in een lichaam na de dood, die de anaërobe afbraak van vetzuren door hydrogenering bevorderen. [3] Het proces van hydrogenering zet onverzadigde bindingen (dubbele en driedubbele bindingen) om in enkelvoudige bindingen. Dit verhoogt in wezen de hoeveelheden verzadigde vetzuren, terwijl het aandeel onverzadigde vetzuren afneemt. Daarom zal hydrogenering van bijvoorbeeld oliezuur en palmitoleïnezuur respectievelijk stearinezuur en palmitinezuur opleveren. [13]

    Aerobe degradatie Bewerken

    In aanwezigheid van zuurstof zullen de vetzuren oxidatie ondergaan. Lipideoxidatie is een kettingreactieproces waarbij zuurstof de dubbele binding in een vetzuur aanvalt, waardoor peroxidebindingen ontstaan. Uiteindelijk zal het proces aldehyden en ketonen produceren. [4]

    Een samenvatting van de lipide-afbraakproducten is te vinden in Tabel 1 [ waar? ] onderstaand.

    De afbraak van nucleïnezuren produceert stikstofbasen, fosfaten en suikers. [10] Deze drie producten worden verder afgebroken door afbraakroutes van andere macromoleculen. De stikstof uit de stikstofbasen zal op dezelfde manier worden omgezet als in eiwitten. Evenzo zullen fosfaten uit het lichaam worden vrijgegeven en dezelfde veranderingen ondergaan als die welke vrijkomen uit eiwitten en fosfolipiden. Tot slot worden suikers, ook wel koolhydraten genoemd, afgebroken op basis van de beschikbaarheid van zuurstof.

    Bot is een samengesteld weefsel dat uit drie hoofdfracties bestaat:

    1. een eiwitfractie die voornamelijk bestaat uit collageen (een hard weefseleiwit dat beter bestand is tegen afbraak dan andere weefseleiwitten), dat als ondersteuning dient
    2. een minerale fractie die bestaat uit hydroxyapatiet (het mineraal dat calcium en fosfor in een bot bevat), dat de eiwitstructuur verstevigt
    3. een grondsubstantie gemaakt van andere organische verbindingen

    Het collageen en hydroxyapatiet worden bij elkaar gehouden door een sterke eiwit-minerale binding die het bot zijn kracht geeft en zijn vermogen om lang te blijven nadat het zachte weefsel van een lichaam is afgebroken. [4]

    Het proces dat bot afbreekt, wordt diagenese genoemd. De eerste stap in het proces omvat de eliminatie van de organische collageenfractie door de werking van bacteriële collagenasen. Deze collagenasen breken eiwitten af ​​tot peptiden. De peptiden worden vervolgens gereduceerd tot hun samenstellende aminozuren, die door grondwater kunnen worden uitgeloogd. Zodra het collageen uit het bot is verwijderd, wordt het hydroxyapatietgehalte afgebroken door anorganische minerale verwering, wat betekent dat belangrijke ionen, zoals calcium, verloren gaan aan het milieu. [4] De sterke eiwit-minerale binding die bot van zijn kracht heeft voorzien, zal door deze afbraak worden aangetast, wat leidt tot een algehele verzwakte structuur, die zal blijven verzwakken totdat volledige desintegratie van bot optreedt. [3]

    Factoren die botafbraak beïnvloeden

    Bot is vrij goed bestand tegen afbraak, maar zal uiteindelijk worden afgebroken door fysiek breken, ontkalken en oplossen. De snelheid waarmee bot wordt afgebroken, is echter sterk afhankelijk van de omgeving. Wanneer bodem aanwezig is, wordt de vernietiging ervan beïnvloed door zowel abiotische (water, temperatuur, bodemtype en pH) als biotische middelen (fauna en flora). [3]

    Abiotische factoren

    Water versnelt het proces door essentiële organische mineralen uit het bot uit te logen. Bodemtype speelt dus een rol, omdat deze invloed heeft op het watergehalte van de omgeving. Sommige bodems, zoals kleigronden, houden bijvoorbeeld beter water vast dan andere, zoals zand- of leembodems. Verder zijn zure gronden beter in staat om de anorganische matrix van hydroxyapatiet op te lossen dan basische gronden, waardoor de desintegratie van bot wordt versneld. [3]

    Biotische factoren Bewerken

    Micro-organismen, voornamelijk bacteriën en schimmels, spelen een rol bij botafbraak. Ze zijn in staat botweefsel binnen te dringen en ervoor te zorgen dat mineralen uitspoelen naar de omgeving, wat leidt tot verstoringen in de structuur. [14] Kleine en grote zoogdieren verstoren vaak botten door ze van graven te verwijderen of erop te knagen, wat bijdraagt ​​aan hun vernietiging. [15] Ten slotte kunnen plantenwortels die zich boven begraafplaatsen bevinden, zeer destructief zijn voor botten. Fijne wortels kunnen door het weefsel reizen en lange botten splijten, terwijl grotere wortels openingen in botten kunnen produceren die kunnen worden aangezien voor breuken. [3]


    Wat is cellulaire ademhaling?

    Per definitie is cellulaire ademhaling de reeks katabole routes die de voedingsstoffen die we consumeren afbreken tot bruikbare vormen van chemische energie (ATP). Cellulaire ademhaling kan zowel met als zonder de aanwezigheid van zuurstof plaatsvinden, en deze twee hoofdvormen worden respectievelijk aerobe en anaerobe ademhaling genoemd. Er zijn een aantal belangrijke verschillen tussen de twee, voornamelijk dat aerobe ademhaling een veel verder ontwikkeld proces is met een aanzienlijk hogere opbrengst aan ATP.

    Aërobe ademhaling

    Er zijn drie hoofdfasen van aërobe ademhaling & ndash glycolyse, de Krebs-cyclus en de elektronentransportketen & ndash die elk een heel artikel helemaal voor zichzelf verdienen, maar als we kijken naar het algehele proces van cellulaire ademhaling, zullen we alleen naar deze fasen kijken op een enigszins basaal niveau, waarbij de specifieke details van elke chemische reactie in elke fase worden weggelaten.

    Deze eerste stap in het proces van aërobe ademhaling vindt plaats in het cytosol van de cel en is een belangrijk startpunt voor de rest van de processen. Bij glycolyse wordt één molecuul glucose omgezet in twee moleculen pyruvaat in de loop van een tienstapsreactie waarbij bij elke stap verschillende enzymen betrokken zijn. Bovendien vereist glycolyse twee moleculen nicotinamide-adenine-dinucleotide (NAD+), twee moleculen anorganisch fosfor en twee moleculen ADP (adeninedifosfaat). De aanvullende producten van de reactie omvatten twee ATP-moleculen 2 NADH-moleculen (gereduceerd nicotinamide-adenine-dinucleotide), 2 watermoleculen, 2 waterstofmoleculen en warmte!

    (Photo Credit: YassineMrabet/Wikimedia Commons)

    De warmte en het water worden beschouwd als afvalproducten, de ATP is een direct bruikbare vorm van cellulaire energie, de NADH zal later in het aerobe ademhalingsproces bruikbaar zijn en het pyruvaat fungeert als het primaire substraat in de volgende stap van het proces.

    Krebs-cyclus (citroenzuurcyclus)

    Net als bij het proces van glycolyse, zijn er veel afzonderlijke stappen van de Krebs-cyclus, waarvan de details buiten het bestek van dit artikel vallen. Kortom, de Krebs-cyclus is een stadium van cellulaire ademhaling die plaatsvindt in de mitochondriën in aanwezigheid van zuurstof, in tegenstelling tot glycolyse, die plaatsvond in het cytosol en kan plaatsvinden zonder dat zuurstof aanwezig is.

    Het eindproduct van glycolyse, twee moleculen pyruvaat, gaat de Krebs-cyclus in de matrix van de mitochondriën binnen en zal uiteindelijk worden omgezet in twee moleculen ATP, 8 NADH- en 2 FADH2-moleculen. Die laatste twee moleculen zijn elektronendragers met hoge energie en zullen in staat zijn om een ​​aanzienlijke hoeveelheid chemische energie te produceren in de elektronentransportketen.

    (Photo Credit: Wikimedia Commons)

    In de feitelijke werking van de Krebs-cyclus gaat het pyruvaat uit glycolyse echter op een interessante reis, zij het een beetje verwarrend. Voordat het pyruvaat in de cyclus komt, wordt het met een enzym omgezet in acetyl-CoA, een molecuul met twee koolstofatomen dat aan een co-enzym is bevestigd. This first reaction results in the removal of an electron and a carbon group, and the production of one NADH molecule. That acetyl-CoA bonds with oxaloacetate, creating a six-carbon molecule (citric acid), and releasing the coenzyme.

    As the cycle continues, additional carbon dioxide molecules are removed from the citric acid, creating an additional molecule of NADH each time. Around the halfway point of the cycle, 2 more molecules of ATP are created, and then the regenerative stage of the cycle begins. In these final reactions, the four-carbon molecule, oxaloacetate, must be re-formed to continue re-start the cycle, and that regenerative process creates two molecules of FADH2.

    The NADH and FADHs molecules will move on to the final stage of cellular respiration, while the ATP will become available for use by the cell.

    Electron Transport Chain

    This is arguably the coolest and most unique stage of cellular respiration, and takes place near the membrane of the mitochondria, in a large protein complex that functions as an ATP factory. One of the primary functions of the membrane of the mitochondria is to prevent the flow of protons into the organelle, which establishes a strong gradient of positive charge on either side of this membrane. As some of you may know, when there is a charge gradient, there is the potential for work to be done.

    In the case of the electron transport chain, there are four major proton complexes that bridge the membrane of the mitochondria, simply number 1, 2, 3 and 4. All of these protein complexes directly or indirectly pump protons out of the mitochondrial matrix into the extracellular fluid. The energy required to run those critical pumps comes from the energy released during the transfer of electrons through a waterfall series of chemical reactions.

    The NADH that was produced in glycolysis and the Krebs&rsquo cycle will be the primary source of these electrons. NADH molecules drop off their electrons in protein complex 1, which are then then moved to protein complex 3 via coenzyme Q. The FADH2 molecules from the Krebs&rsquo Cycle deposit their electrons in protein complex 2. The same coenzyme Q takes those electrons to protein complex 3. Cytochrome C carries 1 electron from each coenzyme Q to protein complex 4, while the other electron can be recycled. When the electrons leave protein complex 4, oxygen functions as the final electron acceptor, and produces water.

    As a result of the proton gradient that is maintained through that final step of the electron transport chain, more protons must continually be pumped into the membrane. This happens via ATP synthase, the final factory of respiration. When this protein complex is engaged, the flow of protons over the gradient will induce the creation of additional ATP.

    The net product of the electron transport chain (from one molecule of glucose) is 32 molecules of ATP, as well as six molecules of water.

    Combining this with the previous products of the other respiration stages, you will find that a single molecule of glucose entering the cell, in the presence of oxygen, will produce 36 ATP, 6 water molecules and 6 carbon dioxide molecules!

    Anaerobic Respiration

    In the absence of oxygen, there is another form of cellular respiration that is available to organisms &ndash anaerobic respiration. If there is not enough oxygen available for the energetic demands &ndash such as when you are running a marathon or undergoing intense exertion &ndash your body is still able to produce small amounts of energy without oxygen as an electron acceptor.

    Without oxygen, anaerobic respiration is able to convert glucose into lactic acid, and release a small amount of energy &ndash 2 ATP. Think back to the glycolysis step of aerobic respiration the process is the same for anaerobic respiration, except the end product is not pyruvate, but lactate. However, lactic acid is actually a poisonous compound in the body, in that it will negatively impact muscle function if too much is built up (as a product of anaerobic respiration).

    Lactic acid buildup is what causes cramps during intense exercise, and that discomfort can only be alleviated by re-oxygenating your body, which will allow for aerobic respiration to begin and stimulate the breakdown of lactic acid into carbon dioxide and water. This is also why your body has a limit to how far it can sprint!

    Aerobic respiration is far more efficient and will generate much more energy from the same molecule of glucose anaerobic respiration produces 2 ATP versus 36 ATP in aerobic respiration, so the difference is clear.


    Bekijk de video: BIO5: Aerobe celademhaling les 3 - eindoxidaties (Januari- 2022).