De dissimilatie van glucose

Glucose(C3H4O6) is de belangrijkste brandstof voor het menselijk lichaam. Om energie uit de glucose te halen, moet eerst een heel proces doorlopen worden: de dissimilatie. Hierbij wordt glucose afgebroken tot kooldioxide en water, waarbij energie vrijkomt: C6H 12O6 + 6O2 → 6CO2 + 6H2O + Σ. Dit proces is te verdelen in 3 belangrijke stappen: De glycolyse, de citroenzuurcyclus en de oxidatieve fosforylering. Ook ATP en koolhydraten spelen een belangrijke rol.

Glycolyse

De glycolyse is een proces van 10 stappen waarbij glucose wordt omgezet in pyrodruivenzuur. Hierbij komt energie vrij voor de vorming van ATP(C10H16N5O13P3, adenosinetrifosfaat)(zie onderaan), een belangrijke energiedrager in het lichaam. Ook worden er energierijke elektronen en waterstof gebonden aan NAD+( C21H28N7O14P2, Nicotinamide Adenine Dinucleotide) volgens de volgende vergelijking: 2NAD+ + 4e- + 2H+ --> 2NADH. In het begin wordt ATP omgezet in ADP(adenosinedifosfaat), om chemische energie te verkrijgen om de reactie te laten verlopen. Er hecht fosfaat aan de glucose. Bij elke stap staat in het blauw welk enzym bij de reactie helpt. Na de splitsing van Fructose 1,6-disfosfaat telt alles dubbel. Uiteindelijk wordt het pyrodruivenzuur omgevormd tot melkzuur, of gaat het naar de mitochondriën om deel te nemen in de citroenzuurcyclus.

De citroenzuurcyclus

Voor de citroenzuurcyclus wordt eerst van het pyrodruivenzuur een koolstofdioxide molecuul afgesplitst. Dit heet decarboxylering. De rest wordt gebonden aan co-enzym-A(C21H36N7O16P3S): Er wordt acetyl co-enzym-A gevormd. ( Een co-enzym is een component een enzym helpt zijn functie te vervullen) Co-enzym-A bestaat o.a. uit het eerder verkregen ADP. Het acetyl co-enzym A gaat nu deelnemen aan de citroenzuurcyclus. Bij de vorming van NADH uit o.a. NAD+, GTP(C10H16N5O14P3, guanosinetrifosfaat) uit o.a. GDP en FADH uit o.a. FAD+(Flavine Adenine Dinucleotide, net als NAD een elektronenacceptor) ontstaan energierijke verbindingen die overal voor kunnen worden gebruikt. NADH en FADH2 kunnen hun energie afstaan d.m.v. de oxidatieve fosforylering.

Oxidatieve fosforylering

Bij de oxidatieve fosforylering worden de elektronen, afgegeven door NADG en FADH2, in een keten van reacties doorgegeven aan andere elektronenacceptoren. Dit proces heet de elektronentransportketen. Hier vallen de elektronen steeds in een baan dichter bij de atoomkern. De hierbij vrijgekomen energie wordt gebruikt om ionen door het binnenste van het membraan van het mitochondrium te transporteren. ‘Het concentratieverschil dat hierdoor aan weerzijden van dit membraan ontstaat, wordt als energiebron benut voor de synthese van ATP.’ Als laatste stap vormen de elektronen samen met waterstof en zuurstof weer water.

ATP

ATP(C10H16N5O13P3, adenosinetrifosfaat) is een belangrijke energie voorziening in het lichaam. In de fosfaat(P3) zit energie opgeslagen die in ATP door het hele lichaam wordt vervoer.

De energie die getransporteerd wordt in de fosfaatbindingen kan voor vele doeleinden worden gebruikt, waaronder de spiercontractie. Rechts is de splitsing van ATP te zien, in ADP en fosfaat. Uit ADP kan weer ATP worden gemaakt, waarbij ook AMP(adenosinemonofosfaat) ontstaat: 2 ADP → ATP + AMP. Ook kan uit ADP nog energie worden gehaald volgens de reactie: ADP → AMP + Pi. Een andere manier om uit ATP energie te halen is splitsing in AMP en PPi(pyrofosfaat): ATP → AMP + PPi. PPi kan vervolgens worden omgezet in Pi door te reageren met water: PPi + H2O → 2 Pi. AMP kan geregenereerd worden tot ATP door 2 reacties: AMP + ATP → 2 ADP en vervolgens 2 ADP + 2 Pi → 2 ATP.
ATP kan ook gevormd worden met behulp van het bij de citroenzuurcyclus verkregen GTP: ADP + GTP ATP + GDP.

Koolhydraten

Koolhydraten dienen als energiebron. Het voornaamste effect van koolhydraten is het op peil houden van de glucosespiegel in het bloed. De koolhydraten worden omgezet in glycogeen, een polymeer van glucose, waarbij de glucose-eenheden aan weerszijden aan elkaar zijn gekoppeld. Glycogeen wordt gebruikt als een makkelijk aan te spreken energievoorraad. Bij een overschot aan glucose wordt er glycogeen opgebouwd, bij een tekort wordt het afgebouwd. Het is voor een sporter belangrijk een voldoende voorraad glycogeen beschikbaar te hebben. Ander kan hij snel vermoeid en daarmee geblesseerd raken. (zie: Overtraindheid in de sport) Tijdens het herstel zijn koolhydraten ook erg belangrijk: de verloren energie moet weer worden aangevuld.