Cellen – organellen – mitochondriën
Mitochondriën
Het mitochondrium is een boonvormig organel, dat aan de cel energie levert. De meeste cellen in je lichaam bevatten 500 tot 2.000 mitochondriën. Mitochondriën zijn omgeven door twee membranen. Ze bestaan uit een binnen- en een buitenmembraan. Cristae zijn plooien in het binnenste mitochondriële membraan. In de cristae wordt de cellulaire brandstof ATP gevormd.
Een mitochondrium leeft tussen de vijf en twaalf dagen. Ze zijn in bijna alle lichaamscellen te vinden. Je lichaam heeft de energie, die de mitochondriën maken, nodig om goed te werken. Grote aantallen mitochondriën zijn te vinden in organen, die veel energie nodig hebben, zoals de hersenen, het hart, de lever en de skeletspieren. De hersenen hebben bijvoorbeeld energie nodig om te kunnen denken en de skeletspieren gebruiken energie om te bewegen. Energie wordt aangeleverd via voedingsstoffen.
Mitochondriaal DNA
Mitochondriën zijn de energiefabrieken van je cellen. Ze stammen af van primitieve bacteriën die miljarden jaren geleden een samenwerking (symbiose) zijn aangegaan met andere cellen. Als gevolg hiervan hebben ze hun eigen mitochondriale DNA (mtDNA), dat onafhankelijk is van het DNA in de celkern en een kleine hoeveelheid ribosomen. Ze kunnen daarmee zelf, onafhankelijk van de celkern, enkele eiwitten maken.
Bij het bouwen en laten functioneren van de mitochondriën zijn ongeveer 1.500 verschillende genen betrokken. Het mtDNA (mitochondriale DNA) bevat onder meer de informatie om de enzymen te maken, die betrokken zijn bij de verbranding.
Mitochondriën kunnen zich zelfstandig delen. Omdat ze zo vaak delen, is het heel belangrijk dat er geen fouten in het mitochondriale DNA ontstaan. Als er iets mis gaat met het DNA, dan leidt dat tot veel ziekten, zoals suikerziekte, hart- en vaatziekten, spierziekten, zenuwziekten en kanker en soms ook tot een versnelde veroudering.
Energiefabrieken
Mitochondriën zijn de energiefabrieken van de cel. Je lichaam heeft energie nodig voor alles wat je doet: voor bewegen, denken en het laten kloppen van je hart. Een energietekort is de belangrijkste oorzaak van spierzwakte, vermoeidheid, problemen met de hartspier, nieren en de ogen.
Die energie haalt je lichaam uit voedingsstoffen uit je eten of uit opgeslagen voorraden in je spieren en vet. De koolhydraten, vetten en eiwitten die we eten en opslaan, kunnen niet direct gebruikt worden. In de mitochondriën worden suikers en vetzuren stapsgewijs afgebroken, waarbij energie vrijkomt. Suikers worden door enzymen (eiwitten) gesplitst in de kleinste uitvoering van suiker, de brandstof glucose. Met behulp van zuurstof wordt energie gemaakt uit de verbranding van glucose. De energie die bij de verbranding vrijkomt, wordt vastgelegd in ATP-moleculen. Als die suikers opraken, worden de suikervoorraden in de lever en de spieren aangesproken. Pas daarna schakelen de mitochondriën over op de verbranding van vetten. Vetten zijn in feite de energievoorraad voor noodgevallen.
Al die verschillende vormen van energieproductie worden geregeld door specifieke enzymen. Enzymen zijn grote eiwitten, die allerlei functies kunnen vervullen binnen een cel. Over het enzym aconitase was al bekend, dat het een belangrijke rol speelt in de energievoorziening binnen cellen. Maar het enzym aconitase onderhoudt ook het mitochondriale DNA van de mitochondriën. Het repareert kleine foutjes in dit DNA en regelt dat de deling van de mitochondriën goed verloopt. Aconitase wordt gecodeerd door het DNA in de celkern. Na de aanmaak wordt het enzym naar de mitochondriën vervoerd om daar zijn taak te vervullen.
Mitochondriën coördineren verder de calciumhuishouding in de cel, stemmen het gebruik van verschillende energiebronnen op elkaar af en zijn belangrijk voor de aanmaak van veel stoffen, die een cel nodig heeft.
Adenosinetrifosfaat (ATP) en adeninedifosfaat (ADP)
De energie in de cellen wordt gemaakt in de vorm van de stof adenosinetrifosfaat (ATP). ATP bewaart de energie uit de voedingsstoffen uit je voedsel, totdat de cel energie nodig heeft.
ATP wordt gemaakt door een aantal enzymcomplexen in het binnenste van de twee membranen, die een mitochondrium omsluiten. De cel heeft de energie uit het ATP nodig voor de celgroei, de aanmaak van hormonen en spijsverteringsenzymen, het herstel van de cel en in het algemeen voor het laten verlopen van veel chemische reacties in de cel.
Adeninetrifosfaat (ATP) levert energie, dit is mogelijk door grote hoeveelheid (chemische) energie die in dit molecuul ligt opgeslagen. Door een fosfaatgroep af te splitsen komt deze energie vrij. ATP bestaat uit drie onderdelen: ribose (een suiker), adenine (een stikstofbase) en drie fosfaatgroepen. De energie zit in de bindingen van de fosfaatgroepen. Wanneer deze bindingen verbroken worden (hydrolyse), komt er zo’n 30 kJ/mol vrij (één fosfaatgroep) of 50kJ/mol (twee fosfaatgroepen). Zo ga je van ATP (T:tri) naar ADP (D:di). Adeninedifosfaat (ADP) heeft een fosfaatgroep minder dan ATP. Door een extra fosfaatgroep aan het ADP te binden, wordt er veel (chemische) energie in het molecuul opgeslagen. Als ATP wordt omgezet in ADP dan komt daar energie bij vrij, die de cel kan gebruiken voor alle energie kostende processen in de cel. Deze energie kan dan worden getransporteerd naar een plek in je lichaam, waar er vraag is naar energie.
Stofwisselingsproces in cel
Cellen maken de hele tijd nieuwe stoffen aan en ruimen oude stoffen op om hun celstofwisseling draaiende te houden. Dat gebeurt met moleculen als water, koolhydraten, enzymen, eiwitten, vetten en elektrolyten. De belangrijkste elektrolyten in de cel zijn natrium, kalium, chloor, magnesium, calcium, fosfaat, sulfaat en bicarbonaat. Elektrolyten zorgen voor de chemische reacties in de cel en de geleiding van prikkels.
Het belangrijkste doel van de celstofwisseling is het maken van energie. Elke cel heeft energiefabrieken, de mitochondriën. De mitochondriën zorgen voor de omzetting van voedingsstoffen, zoals suiker, vetten en eiwitten, in allerlei chemische stoffen. Om energie uit voedingsstoffen te halen, moeten er bij de stofwisseling in de cellen stappen gezet worden, waarbij de ene stof wordt omgezet in een andere stof.
Het lichaam heeft de energie nodig om te functioneren. Wat dagelijks gegeten wordt, is niet meteen geschikt om als energie te gebruiken door een cel. Het lichaam doet er dus eerst iets mee. De voedingsstoffen uit het dagelijks eten worden in het maag-darmkanaal afgebroken en via het bloed naar de cellen vervoerd. In de cel worden de voedingsstoffen verder afgebroken en verwerkt met enzymen. Enzymen zijn hulpstoffen, die ervoor zorgen dat voedingsstoffen afgebroken worden tot kleinere voedingsdeeltjes. Eiwitten worden omgezet in aminozuren. De aminozuren worden vervolgens gebruikt om lichaamseigen eiwitten op te bouwen.
Koolhydraten, vetten en eiwitten leveren het grootste deel van de energie voor de cellen. Ze worden in de vorm van glucose in de mitochondriën van de cel verbrand. Bij het verbrandingsproces komt veel extra energie, zoals warmte, vrij. Veel meer dan de cel in één keer nodig heeft.
De energie, die de cel nu niet nodig heeft, wordt omgezet in ATP (adenosinetrifosfaat). ATP zorgt voor de energieopslag en is het molecuul, dat voor de energie zorgt bij biochemische reacties in de cel. Alle energie, die het lichaam nodig heeft, geleverd door de splitsing van ATP in de moleculen adenosinedifosfaat (ADP) en fosfaat (P). Als ATP wordt omgezet in ADP, dan komt daar energie bij vrij, die de cel kan gebruiken voor alle processen in de cel, zoals de celgroei, de aanmaak van hormonen en spijsverteringsenzymen, het herstel van de cel en voor de verschillende chemische reacties in de cel.
De taak van de celstofwisseling is om te zorgen voor:
• de omzetting van voedingsstoffen in bouwstoffen en energie.
• het gebruik van bouwstoffen en energie als bron voor alle biologische processen in het lichaam.
• het verwerken en verwijderen van afvalstoffen.
• de aanmaak, opslag en het gebruik van reserves voor alle biologische processen.
Enzymen en moleculen
Enzymen zijn eiwitten, die werken als een biologische katalysator, die een reactie versnellen zonder zelf opgebruikt te worden. Eiwitten zijn moleculen. Een molecuul is het kleinste deeltje van een stof, dat nog de eigenschappen van een stof heeft. Moleculen zijn ontzettend klein. Ze zijn kleiner dan het kleinste stofje, dat je kunt zien, kleiner dan bacteriën en de cellen in je huid, kleiner dan het kleinste wat je je kunt voorstellen. De moleculen bestaan zelf ook weer uit nog kleinere deeltjes, de atomen. Ieder molecuul is opgebouwd uit twee of meer atomen, die met elkaar verbonden zijn. Het aantal atomen bepaalt of een molecuul groot is of klein. De kleinste moleculen bestaan uit twee atomen.
Enzymen bestaan uit ketens van aan elkaar gekoppelde aminozuren. Meerdere aan elkaar gekoppelde aminozuren vormen een polypeptide. Sommige eiwitten bestaan uit één polypeptide, andere eiwitten bestaan uit meerdere polypeptiden. Zo kan een eiwit bestaan uit enkele honderden tot wel duizenden aminozuren.
Eiwitten vervullen allerlei biologische functies binnen en buiten de cel, zoals het versnellen van stofwisselingsprocessen, transport van stoffen, en communicatie tussen cellen. In de cel botsen enzymen en andere moleculen op elkaar. Tijdens die botsingen ontstaan nieuwe moleculen of worden oude moleculen juist afgebroken.
Cellen kunnen verschillende reacties van moleculen gescheiden houden door de werking van de enzymen. De enzymen zwemmen in de cel rond en binden zich aan moleculen om chemische reacties sneller te laten verlopen.
Enzymen helpen bij de zelf-assemblage van moleculen, ze binden aan specifieke moleculen en knippen er een stukje af. De kleinere eiwitten van de moleculen, die overblijven, zijn in staat om zich spontaan aan elkaar te koppelen tot een lange keten. Op die manier worden allerlei structuren gevormd, waaruit een levende cel bestaat. Enzymen binden alleen aan één of een paar specifieke moleculen, waar ze bij passen en hebben maar één taak. Ze laten zich niet in de war brengen als ze in de drukte per ongeluk op een molecuul botsen, dat in een andere reactie thuishoort. Zo is de cel een goed werkende machine.
Door al die verschillende moleculen kan de cel blijven functioneren. De moleculen zorgen ervoor dat de juiste stoffen terechtkomen op de juiste plaats in de cel.