Aerobe dissimilatie en anaerobe dissimilatie

LET OP OM DE VERSCHILLENDE MANIEREN VAN DISSIMILATIE UIT TE LEGGEN IS DE ATP-OPBRENGT NIET IN OVEREENKOMST MET DE WERKELIJKHEID. VWO STUDENTEN MOETEN VERDER ZOEKEN. VOOR HAVO LEERLINGEN IS DIT PRIMA.

Planten gebruiken de energie van de zon om uit anorganisch koolstofdioxide en anorganisch water moleculen glucose te produceren. Dit doen planten met een scheikundig assimilatieproces dat we fotosynthese noemen. Tijdens dit assimilatieproces wordt de zonne-energie in het glucose molecuul vastgelegd. Zodra de zonne/energie is vastgelegd in het glucose molecuul is er spraken van chemische energie. Planten zetten vervolgens glucose om in zetmeel en slaan het zetmeel op in de wortels, bladeren en zaden.

Aerobe dissimilatie

Via de consumptie van plantendelen wordt ons lichaam voorzien van energierijke stoffen, zoals het uit glucose gevormde zetmeel. Na vertering van zetmeel in het spijsverteringsstelsel komt het verteringsproduct glucose bij de cellen terecht. In het cytoplasma van de cel, en de mitochondriën wordt het glucose verbrand. Bij deze verbranding wordt de in glucose opgeslagen (zonne)-energie vrijgemaakt. De warmte-energie die in de cellen vrijkomt moet via de bloedbaan worden afgevoerd  uit de weefsels. Via het bloed kan de geproduceerde warmte door het gehele lichaam heen worden getransporteerd. Een deel van de geproduceerde warmte wordt gebruikt  om het lichaam op de juiste temperatuur te houden. Deze warmte wordt dus ook nog goed gebruikt. Een teveel aan warmte moet worden afgevoerd uit het lichaam. De bloedvaten in de huid verwijden en ontvangen extra veel warm bloed. Gelijktijdig gaan de zweetklieren zweet produceren. Als het zweet op de huid verdampt wordt hierdoor gelijk warmte aan het bloed onttrokken. Het lichaam raakt zijn overtollige warmte kwijt.

Bij aerobe dissimilatie wordt met behulp van zuurstof de ketens tussen de koolstofatomen verbroken. De opgeslagen energie komt dan vrij in de mitochondriën van de cel. De vrijgekomen energie wordt gebruikt om ATP te produceren. De cel gebruikt deze ATP voor alle processen in de cel die energie kosten. Bij aerobe dissimilatie wordt een organisch molecuul glucose volledig omgezet in anorganisch koolstofdioxide en anorganisch water. Er blijft na aerobe dissimilatie dus geen organische restproducten over die nog energie bevatten.

De verbrandingsproducten worden net als warmte ook afgegeven aan het bloed en via de bloedbaan naar de haarvaten rondom de longblaasjes vervoerd. Koolstofdioxide en water worden door het bloed in de longen afgegeven aan de lucht in de longblaasjes. Bij een uitademing raakt het lichaam op deze manier het giftige koolstofdioxide en overtollige water kwijt.

Anaerobe dissimilatie

Aan de zuurstofbehoefte van het lichaam wordt voldaan door de longen en het hart. Bij toenemende zuurstofbehoefte zal het hart sneller gaan kloppen en zullen de longen meer zuurstof opnemen en dit binden aan de rode bloedcellen in het bloed. Bij anaerobe dissimilatie is de zuurstofbehoefte van het lichaam groter dan de maximale zuurstofopnamecapaciteit van de longen en het bloed en de maximale transportcapaciteit van het hart en de bloedvaten. Er ontstaat dan zuurstofschuld in het lichaam. In de afbeelding hieronder zie je een curve van een fictieve hardlooptraining. Tot 20 km per  uur neemt met toenemende snelheid ook de hartfrequentie toe. Door het hart sneller te laten kloppen en harder te gaan hijgen krijgen de spieren voldoende zuurstof voor de verbranding.

 

Tot ongeveer 20 kilometer per uur kan het lichaam voldoen aan de zuurstofbehoefte door de longen sneller te laten ventileren en het hart sneller te laten kloppen. Maar er komt een moment dat het hart en de longen het gewenste tempo van de sporter niet meer kunnen bijhouden. De sporter wil harder dan hij eigenlijk kan. Het hart en de longen zijn niet meer in staat voldoende zuurstof bij de spieren te brengen. Het hart van de sporter presteert maximaal en het bloed kan per tijdseenheid gewoon niet meer zuurstof transporteren. Dit punt heet het omslagpunt. Op de afbeelding wordt het omslagpunt bereikt bij snelheid van 20 kilometer per uur.  Bij snelheden boven de 20 kilometer per uur zal een deel van de benodigde energie worden vrijgemaakt door anaerobe dissimilatie van glucose in de spieren. Voor anaerobe dissimilatie is geen zuurstof nodig. Bij anaerobe dissimilatie komt echter veel minder energie vrij dan bij earobe dissimilatie.  Ook ontstaat er bij anaerobe dissimilatie melkzuur. Melkzuur is een organische stof die nog veel energie bevat. Melkzuur wordt na de inspanning richting de lever getransporteerd en daar weer omgezet in glucose. De omzetting van ATP naar ADP bij een felle sprint levert fosforzuur (H₃PO₄). Het fosforzuur is in staat H⁺ af te staan en zo te zorgen voor verzuring en spierschade.

De cellen van de mens hebben drie energiesystemen tot hun beschikken. Het fosfaatsysteem, het anaerobe systeem en het aerobe systeem. Aan het begin van een oefening worden eerst de organische fosfaatbronnen gebruikt om de benodigde energie te leveren. ATP en creatinefosfaat (CF/CP). deze energierijke stoffen leveren de eerste seconden de energie, maar zijn in de cel snel uitgeput. Afhankelijk van het inspanningsniveau gaan de cellen energie produceren, ATP produceren, uit verbranding met of zonder zuurstof of uit een combinatie daarvan. Bij anaerobe dissimilatie in de spieren ontstaat naast ATP fosforzuur (H3PO4). Dit stofje zal zorgen voor de verzuring van de spiercellen en spierschade en spierpijn veroorzaken. Is de anaerobe bijdrage aan de energievoorziening te groot dan zal het niveau van de sportprestatie moeilijk te handhaven zijn. De sporter zal dat merken aan een steeds lagere snelheid en aan afnemende hartslagfrequentie. Om een langdurige inspanning, zoals een marathon, tot een goed en snel einde te brengen zal de sporter zijn snelheid zo moeten reguleren dat de meeste ATP gegenereerd wordt uit aerobe dissimilatie.

Gistcellen zijn eencellige schimmels. Gistcellen zijn heterotroof. Dit betekent dat ze voor hun energievoorziening afhankelijk zijn van de organische stoffen die ze verkrijgen van andere (dode) organismen uit hun omgeving. Gistcellen kunnen deze organische stoffen aerobe dissimileren. Er komt dan veel energie vrij voor de gistcel en er ontstaan de anorganische restproducten koolstofdioxide en water. 

Maar indien de gistcellen terecht komen in een milieu zonder zuurstof dan kunnen zij overschakelen op anaerobe dissimilatie. Afbraak van glucose zonder zuurstof. Deze manier van dissimilatie levert de gistcel veel minder energie op in de vorm van ATP. De eindproducten bij anaerobe dissimilatie zijn koolstofdioxide en een organisch restproduct wat nog energie bevat, nl ethanol.
Hierboven heb je kunnen lezen dat de spiercellen van de mens ook anaerobe kunnen dissimileren. In de spieren is het eindproduct melkzuur en gelukkig geen ethanol.