Celmetabolisme omvat het geheel van alle chemische omzettingen binnen een cel die bijdragen aan groei, onderhoud, voortplanting en reacties op prikkels. Vertering is het proces waarbij complexe voedingsstoffen worden afgebroken tot kleinere, opneembare eenheden, zowel binnen als buiten de cel.
Er zijn geen specifieke formules voor deze processen, maar de opname vindt plaats via bovenstaande mechanismen.
Fotosynthese is het biochemisch proces waarbij lichtenergie door chlorofyl en andere pigmenten wordt vastgelegd en gebruikt om uit koolstofdioxide en water glucose te synthetiseren, met zuurstof als bijproduct.
De algemene reactievergelijking:
Deze reactie vat de netto-uitkomst van vele biochemische stappen samen en geldt voor organismo’s die water als elektrondonor gebruiken.
Zonlicht bestaat uit elektromagnetische straling met specifieke golflengten (zichtbaar licht: 400-700 nm), dat uit afzonderlijke energiekwanta of fotonen is opgebouwd. Chlorofyl absorbeert deze lichtenergie, waardoor geselecteerde elektronen geëxciteerd raken.
Waar: E = energie van foton (Joule) h = Planckconstante (6,63 × 10⁻³⁴ Js) c = lichtsnelheid (3,00 × 10⁸ m/s) λ = golflengte (in meter)
Het volledige fotosyntheseproces bestaat uit twee nauw samenhangende delen:
Gezamenlijk:
Lichtreacties:
Calvin-cyclus (3 rondes / 3 CO₂):
Fotolyse is de lichtgedreven splitsing van water in zuurstof, protonen en elektronen, plaatsvinden in fotosysteem II van het thylakoïdemembraan.
Splitsing van water:
Fotofosforylatie is de vorming van ATP in de chloroplast als gevolg van een lichtgeïnduceerde protonengradiënt die via ATP-synthase energie vrijzet. In fotosysteem I worden, na extra lichtabsorptie, elektronen overgedragen aan NADP⁺, waarmee NADPH gevormd wordt.
Glycolyse is een enzymatisch gestuurd, twaalfstappenproces in het cytoplasma waarbij glucose (C₆) zonder zuurstof wordt afgebroken tot twee moleculen pyruvaat (C₃), met productie van een beperkte hoeveelheid ATP en NADH.
Netto-reactie:
Uiteenzetting energiebalans:
De citroenzuurcyclus, of Krebs-cyclus, is een cyclisch proces in de mitochondriale matrix waarbij geoxideerd pyruvaat als acetylco-enzym A (acetylcoA) wordt gekoppeld aan oxaloacetaat en via een serie enzymatische stappen volledig wordt afgebroken tot CO₂, onder gelijktijdige productie van ATP, NADH en FADH₂.
Globale reactie per 2 pyruvaat:
Eindoxidaties omvatten alle stappen waarbij NADH en FADH₂ hun elektronen afgeven aan sequentiële membraaneiwitten in de binnenmembraan van het mitochondrion. Dit resulteert in een gecontroleerde elektronenstroom naar zuurstof en koppelt protonentransport aan de synthese van ATP, bekend als oxidatieve fosforylatie.
Totaal per glucose:
Totaal ATP (theoretisch): NADH uit cytosol kost 2 ATP voor transport → effectief 36 ATP.
In werkelijkheid kan deze opbrengst variëren tussen 28–38 ATP wegens:
Het rendement van aërobe cellulaire ademhaling betreft de verhouding tussen de hoeveelheid chemische energie uit glucose die effectief wordt omgezet in ATP-energie en de totale energie-inhoud van glucose.
Anaerobe celademhaling omvat metabole processen waarbij, in afwezigheid van zuurstof, pyruvaat uit glycolyse via alternatieve paden verder afgebroken wordt om NAD⁺ te regenereren; hierbij ontstaan ethanol + CO₂ (alcoholische gisting) of lactaat (melkzuurgisting).
Enzymen zijn biokatalysatoren van proteïneaard, die de activeringsenergie voor chemische reacties voldoende verlagen om deze onder fysiologische omstandigheden snel en specifiek te doen verlopen, zonder daarbij zelf verbruikt te worden.
Stapsgewijze enzymwerking (vier fasen):
(waarbij E = enzym, S = substraat, ES = complex, P = product)
De meeste enzymnamen eindigen op -ase, waarbij de naam ofwel refereert aan het substraat dat wordt omgezet (bv. amylase werkt op zetmeel/amylum) of aan de aard van de gekatalyseerde reactie (bv. hydrolasen splitsen stoffen onder opname van water).
Niet van toepassing.
Enzymen zijn uiterst specifiek en worden beïnvloed door een aantal omgevingsfactoren die hun ruimtelijke structuur (en dus werking) bepalen.
- Michaelis-Menten-kinetiek: