gecreëerd door: CK-12/aangepast door Christine Miller

deze prachtige sledehonden zijn een metabolisch wonder. Terwijl ze tot 160 kilometer per dag lopen, verbruiken en verbranden ze elk ongeveer 12 duizend calorieën – ongeveer 240 calorieën per pond per dag, wat het equivalent is van ongeveer 24 Big Macs! Een menselijke duursporter daarentegen verbrandt gewoonlijk slechts ongeveer 100 calorieën per pond (0,45 kg) per dag. Wetenschappers zijn geïntrigeerd door de verbazingwekkende stofwisseling van sledehonden, hoewel ze nog steeds niet weten hoe ze zoveel energie verbruiken. Maar één ding is zeker: alle levende dingen hebben energie nodig voor alles wat ze doen, of het nu gaat om het rennen van een race of het knipperen met een oog. In feite heeft elke cel van je lichaam voortdurend energie nodig alleen maar om fundamentele levensprocessen uit te voeren. Je weet waarschijnlijk dat je energie haalt uit het voedsel dat je eet, maar waar komt voedsel vandaan? Hoe kan het energie bevatten? En hoe halen je cellen de energie uit voedsel?

in de wetenschappelijke wereld wordt energie gedefinieerd als het vermogen om te werken. Je ziet vaak energie aan het werk in levende dingen – een vogel vliegt door de lucht, een vuurvlieg gloeit in het donker, een hond kwispelt met zijn staart. Dit zijn voor de hand liggende manieren waarop levende dingen energie gebruiken, maar levende dingen gebruiken voortdurend energie op minder voor de hand liggende manieren, ook.

in elke cel van alle levende dingen is energie nodig om levensprocessen uit te voeren. Energie is nodig om moleculen af te breken en op te bouwen, en om vele moleculen door plasmamembranen te transporteren. Al het levenswerk heeft energie nodig. Veel energie gaat ook gewoon verloren aan de omgeving als warmte. Het verhaal van het leven is een verhaal van energiestroom – de vangst, de verandering van vorm, het gebruik ervan voor het werk en het verlies ervan als warmte. Energie (in tegenstelling tot materie) kan niet worden gerecycled, dus organismen vereisen een constante input van energie. Het leven draait op chemische energie. Waar halen levende organismen deze chemische energie vandaan?

de chemische energie die organismen nodig hebben komt uit voedsel. Voedsel bestaat uit organische moleculen die energie opslaan in hun chemische bindingen. In termen van het verkrijgen van voedsel voor energie, zijn er twee soorten organismen: autotrophs en heterotrophs.

autotrofen

autotrofen zijn organismen die energie uit niet-levende bronnen opvangen en die energie overbrengen naar het levende deel van het ecosysteem. Ze zijn ook in staat om hun eigen voedsel te maken. De meeste autotrophs gebruiken de energie in zonlicht om voedsel te maken in het proces van fotosynthese. Alleen bepaalde organismen — zoals planten, algen en sommige bacteriën — kunnen voedsel maken door middel van fotosynthese. Enkele fotosynthetische organismen zijn weergegeven in Figuur 4.9.2.

	figuur 4.9.2 fotosynthetische autotrophs, die voedsel maken met behulp van de energie in zonlicht, omvatten planten (links), algen (Midden), en bepaalde bacteriën (rechts).

Autotrophs worden ook wel producenten genoemd. Ze produceren voedsel niet alleen voor zichzelf, maar ook voor alle andere levende dingen (bekend als consumenten). Daarom vormen autotrophs de basis van voedselketens, zoals de voedselketen in Figuur 4.9.3.

bekijk de video “The simple story of photosynthese and food – Amanda Ooten” van TED-Ed om meer te leren over fotosynthese:

The simple story of photosynthese and food – Amanda Ooten, TED-Ed, 2013.

heterotrofen

heterotrofen zijn levende wezens die hun eigen voedsel niet kunnen maken. In plaats daarvan krijgen ze hun voedsel door andere organismen te consumeren, daarom worden ze ook consumenten genoemd. Zij kunnen autotrophs of andere heterotrophs consumeren. Heterotrophs omvatten alle dieren en schimmels, evenals vele eencellige organismen. In Figuur 4.9.3, Alle organismen zijn consumenten met uitzondering van de grassen en fytoplankton. Wat zou er volgens u met de consumenten gebeuren als alle producenten van de aarde zouden verdwijnen?

organismen gebruiken hoofdzakelijk twee soorten moleculen voor chemische energie: glucose en ATP. Beide moleculen worden gebruikt als brandstof in de hele levende wereld. Beide moleculen zijn ook belangrijke spelers in het proces van fotosynthese.

Glucose

Glucose is een enkelvoudige koolhydraat met de chemische formule C6H12O6. Het slaat chemische energie op in een geconcentreerde, stabiele vorm. In je lichaam is glucose de vorm van energie die in je bloed wordt gedragen en door elk van je biljoenen cellen wordt opgenomen. Glucose is het eindproduct van fotosynthese, en het is het bijna universele voedsel voor het leven. In Figuur 4.9.4 kun je zien hoe fotosynthese energie van de zon opslaat in het glucosemolecuul en hoe cellulaire ademhaling de banden in glucose breekt om de energie terug te krijgen.

ATP

als u zich herinnert uit RUBRIEK 3.7 nucleïnezuren, ATP (adenosine trifosfaat) is de energiedragende molecule die cellen gebruiken om de meeste cellulaire processen (zenuwimpulsgeleiding, eiwitsynthese en actief transport zijn goede voorbeelden van celprocessen die op ATP als hun energiebron vertrouwen). ATP wordt gemaakt tijdens de eerste helft van fotosynthese en dan gebruikt voor energie tijdens de tweede helft van fotosynthese, wanneer glucose wordt gemaakt. ATP geeft energie vrij wanneer het één van zijn drie fosfaatgroepen (Pi) en veranderingen in ADP (adenosinedifosfaat, dat twee fosfaatgroepen heeft) opgeeft, zoals getoond in Figuur 4.9.5. Aldus, is de verdeling van ATP in ADP + Pi een katabole reactie die energie (exotherm) vrijgeeft. ATP wordt gemaakt van de combinatie van ADP en Pi, een anabole reactie die energie (endotherm) opneemt.

Waarom hebben organismen zowel Glucose als ATP

waarom hebben levende wezens glucose nodig als ATP het molecuul is dat cellen gebruiken voor energie? Waarom maken autotrophs niet gewoon ATP en zijn ze er klaar mee? Het antwoord is in de ” verpakking.”Een molecule van glucose bevat meer chemische energie in een kleinere “verpakking” dan een molecule van ATP. Glucose is ook stabieler dan ATP. Daarom is glucose beter voor het opslaan en transporteren van energie. Glucose is echter te krachtig voor cellen om te gebruiken. ATP, aan de andere kant, bevat precies de juiste hoeveelheid energie om het leven processen in cellen aan te drijven. Om deze redenen, zijn zowel glucose als ATP nodig door levende dingen.

de stroom van energie door levende organismen begint met fotosynthese. Dit proces slaat energie van zonlicht op in de chemische bindingen van glucose. Door de chemische bindingen in glucose te breken, geven de cellen de opgeslagen energie vrij en maken ze de ATP die ze nodig hebben. Het proces waarin glucose wordt afgebroken en ATP wordt gemaakt wordt genoemd cellulaire ademhaling.

fotosynthese en cellulaire ademhaling zijn twee zijden van dezelfde medaille. Dit blijkt uit figuur 4.9.6. De producten van het ene proces zijn de reactanten van het andere. Samen slaan de twee processen energie op en geven deze vrij in levende organismen. De twee processen werken ook samen om zuurstof te recyclen in de atmosfeer van de aarde.