Introductie in de stofwisseling. In deze les worden de begrippen opbouwstofwisseling, afbraakstofwisseling en ATP-productie besproken. In alle cellen en organellen van het organisme vindt stofwisseling plaats. Stofwisseling is niets anders dan het opbouwen of afbreken van stoffen in de (organellen van de) cellen van het organisme. Het opbouwen van stoffen noemen we assimilatie. Het afbreken van stoffen noemen we dissimilatie. Bij assimilatie wordt uit meerdere kleine moleculen een groter molecuul gemaakt. Bij dissimilatie wordt een groot molucuul afgebroken tot minimaal twee kleinere moleculen. Bij dissimilatiereacties komt energie vrij. Voor assimilatie moet er energie in de reactie worden gestoken. Zowel de assimilatie- en dissimilatiereacties worden versneld door enzymen. 

Organische en anorganische stoffen

In de natuur komen organische stoffen voor en anorganische stoffen. Organische stoffen bevatten altijd de elementen: H (waterstof), C (Koolstof) en heel soms O (zuurstof). Daarnaast zijn organische stoffen vaak hele grote moleculen. In de afbeelding hieronder is glucose en methaan een voorbeeld van een organische stof. Anorganische stoffen bevatten nooit de twee elementen koolstof, waterstof. Daarnaast zijn anorganische stoffen vaak kleine moleculen. In de afbeelding hieronder zijn koolstofdioxide en water voorbeelden van anorganische stoffen. Koolstofdioxide is anorganisch omdat het geen waterstof bevat, water is anorganisch omdat het geen koolstof bevat.

Organische stoffen bevatten ook veel energie. De energie die opgeslagen is in een organische stof noemen we chemische energie. Als een organisme in de cel een organische stof dissimileert (in de mitochondriën), dan komt deze energie vrij. De cel slaat deze vrijgekomen energie op in energieaccu’s. De energieaccu’s van de cel is ATP. Op het moment dat de cel dan energie nodig heeft, gebruikt het de energie die is opgeslagen in ATP. Op deze manier is de cel in staat de chemische energie die in het voedsel zit geleidelijk en naar behoeven te laten vrijkomen.

Assimilatie en dissimilatie

Zowel de opbouwstofwisseling als de afbraakstofwisseling vindt plaats in de cellen van je lichaam. De energie die de cellen nodig hebben voor de opbouwstofwisseling krijgen de cellen door verbranding van voedingsstoffen in de cellen. Door glucose in de mitochondriën te verbranden komt heel veel energie vrij. Veel meer dan de cel in een keer nodig heeft. De energie die vrijkomt bij de verbranding van glucose in de cellen wordt opgeslagen in ATP.

ATP doet dan dienst als energieaccu voor de cel. Als opslag van energie. Als de cel dan energie nodig heeft, dan wordt de voorraad ATP aangesproken. Als ATP wordt omgezet in ADP + P komt de opgeslagen energie vrij. Deze vrijgekomen energie kan de cel dan gebruiken voor alle energiekostende processen. Als je nog niet exact begrijpt wat de rol is van ATP in de cel en hoe ATP wordt geproduceerd uit ATP bekijk dan de mavo-les over dit onderwerp.

De fotosynthese reactie in de bladgroenkorrels van de plant is een voorbeeld van assimilatie. Er wordt glucose opgebouwd uit kleine anorganische stoffen zoals koolstofdioxide en water. Om van kleine (anorganische) stoffen een groot organisch molecuul als glucose te maken heeft de plant energie nodig. De benodigde energie voor deze reactie verkrijgt de plant van de zon. Maar in werkelijkheid is het iets ingewikkelder. Het opbouwen van glucose uit koolstofdioxide en water met behulp van zonlicht is eigenlijk een tweetrapsraket. Deze tweetrapsraket bestaat in werkelijkheid uit een donkerreactie en een lichtreactie. In de lichtreactie zet de plant laag energetische stoffen zoals ADP om in een hoog energetische stof als ATP. Voor deze opbouwstofwisselingsreactie is energie nodig. Deze benodigde energie verkrijgt de plant uit het zonlicht.
In de donkerreactie wordt koolstofdioxide aaneengeregen tot glucose. Dit is ook assimilatie of opbouwstofwisseling. Ook hier is energie voor nodig. De benodigde energie verkrijgt de plant uit het in de lichtreactie opgebouwde ATP. Als ATP uiteenvalt in ADP, een los fosfortje (P) en energie wordt de vrijgekomen energie gebruikt om van koolstofdioxide glucose te maken.

In de cellen van de plant verlopen overdags de fotosynthese en de verbranding gelijktijdig. In bovenstaande heb je gelezen hoe de plant in staat is om met behulp van zonne-energie uit anorganische bouwstenen een energierijke stof als glucose te produceren. Echter de plantencel heeft zelf ook energie nodig om metabole processen te laten verlopen. Het betaalmiddel dat de plant nodig heeft om deze metabole processen te laten verlopen is ATP. De plantencel verkrijgt deze ATP door het in de bladgroenkorrels geproduceerde glucose te transporteren naar de mitochondriën en het daar te verbranden. Bij deze dissimilatie reactie ontstaat er uit het relatief energiearme ADP weer ATP.
Het kan natuurlijk voorkomen dat de fotosynthesereactie overdags sneller verloopt dan de verbranding. De plantencel produceert dan dus meer brandstof dan hij nodig heeft. De overcapaciteit aan glucose wordt opgeslagen in de bladeren of wortels in de vorm van zetmeel als reservebrandstof. Of als vruchtensuiker in de vruchten om deze aantrekkelijk te maken voor de organismen die verantwoordelijk zijn voor de zaadverspreiding en daarvoor de vruchten moeten eten.

Een film waarin de relatie tussen de fotosynthese en de verbranding in de plantencel wordt uitgelegd en welke organellen daarbij betrokken zijn, staat hieronder.