Waar halen onze cellen de energie vandaan?

Een auto rijdt op benzine, een kachel brandt op hout en een olielamp verbruikt olie. Om energie te verkrijgen is er een brandstof nodig en ook zuurstof. De brandstof voor ons lichaam is glucose, dat is een suiker die wordt aangemaakt in planten, die lichtenergie in dit suikermolecuul hebben vastgelegd. Daarnaast maken planten zuurstof. Deze twee stoffen gebruiken wij in onze cellen om de energie uit de vastgelegde energie uit glucose los te krijgen.

Cellen hebben energie nodig

Organsmen, dat zijn levende wezens, worden ingedeeld in vier groepen, de bacteriën, schimmels, planten en dieren en die bestaan allen uit cellen, de kleinste bouwstenen. Er zijn organismen, die uit één cel bestaan, zoals bacteriën en plankton. Er zijn ook meercelligen, zoals wij. Ons lichaam bestaat uit ongeveer 100.000.000.000.000 cellen en die werken onderling samen als weefsels, organen en organenstelsels. Elke cel heeft voortdurend, dus dag en nacht energie nodig. Energie wordt bijvoorbeeld gebruikt voor het onderhoud van de cel, vervanging van cellen en het maken van allerlei stoffen door cellen.

Hoe komen cellen aan energie?

Planten zijn in staat om de energie uit (zon)licht om te zetten in de energierijke stof glucose en daarnaast ontstaat zuurstof. Hiervoor hebben planten koolstofdioxide en water nodig. Dit omzettingsproces noemen we fotosynthese (vertaling: met behulp van het licht iets maken) en het vindt alleen in het licht (overdag) plaats in alle groene delen van de plant waar bladgroenkorrels zitten.

De formule voor fotosynthese = water + koolstofdioxide + licht ⇒ glucose + zuurstof

De lichtenergie, die is vastgelegd in glucose wordt vrijgemaakt in een ander proces, de verbranding en dat vindt voortdurend (dag en nacht) plaats in alle cellen van alle levende wezens. In cellen zitten speciale onderdelen, de mitochondriën. Hierin wordt de brandstof glucose samen met zuurstof omgezet in energie, daarbij ontstaan de afvalproducten koolstofdioxide en water.

De formule voor verbranding = glucose + zuurstof ⇒ energie + water + koolstofdioxide

Fotosynthese en verbranding

Als we die twee processen naast elkaar zetten, dan zie je dat ze ieder het omgekeerde doen. Het ene proces kan niet zonder het andere, want de stoffen die in de verbranding ontstaan worden bij de fotosynthese gebruikt en andersom.

koolstofdioxide + water + licht (energie) ⇒ zuurstof + glucose (fotosynthese)

glucose + zuurstof ⇒ energie + water + koolstofdioxide (verbranding)

Het leven begint bij zonlicht

Planten zijn de enige groep organismen die in staat zijn om de energie van (zon)licht vast te leggen in de stof glucose. (Een uitzondering zijn enkele bacteriestammen, die aan een vergelijkbaar proces doen). Planten kunnen van glucose weer allerlei andere stoffen maken, zoals anders suikers, zetmeel, eiwitten en vetten. Planten zijn dus als enigen in staat om hun eigen brandstof en zuurstof te maken. Alle andere organismen zijn voor hun brandstofbron afhankelijk van plantaardige voedselbronnen of van dierlijke voedselbronnen, maar die hebben dan weer planten gegeten.

Wat gebruiken menselijke cellen als brandstof?

Ten eerste glucose en andere koolhydraten. Onze mitochondriën gebruiken dit als voorkeursbrandstof. Wij halen glucose uit onze voeding. Daarnaast hebben we een glucosevoorraad in onze lever en spieren zitten, het glycogeen. Deze stof bestaat uit lange glucoseketens en we kunnen glucose daar relatief eenvoudig uit loskrijgen (door het hormoon glucagon). Ten tweede kunnen we vetten verbranden in de mitochondriën, maar dat doet de cel pas als de voorraden glucose op dat moment op zijn. Als laatste zullen we eiwitten verbranden. Aangezien ons lichaam zelf uit eiwitten bestaat, zoals onze spieren en hart, willen we daar liever niet aankomen. Echter, als de koolhydraten- en vetvoorraden op zijn, dan schakelen we uiteindelijk toch over op de eiwitverbranding.

Samenwerkende organen

Eéncelligen en organismen, die uit enkele cellen bestaan, kunnen direct stoffen uit de omgeving halen en uitscheiden. Grote organismen zoals wij hebben een opname-, transport- en uitscheidingssysteem nodig, want alle cellen moeten voorzien worden van brandstof en zuurstof. Zonder energie kunnen je cellen niet leven en er moeten voortdurend brandstoffen en zuurstof naartoe gebracht worden. Het menselijke lichaam gebruikt daarvoor verschillende organenstelsels (samenwerkende organen).

Het verteringsstelsel

Dat bestaat uit onder andere je maag en darmen: daaruit worden de bruikbare voedingsstoffen uit je voedsel gehaald. Vertering betekent dat de voeding in ons maag-darmstelsel wordt bewerkt door enzymen, die het voedsel in telkens kleinere stukken afbreekt. De voedingsstoffen, worden uiteindelijk zo klein gemaakt (verteerd) dat zij door de wand van de dunne darm in het bloed kunnen worden opgenomen, zo komt ook glucose in het bloed terecht.

Het ademhalingsstelsel

Dat bestaat uit onder andere je longen en longblaasjes: daarin wordt zuurstof uit de lucht gehaald en opgenomen via de longblaasjes in het bloed bij inademing. De afvalstoffen koolstofdioxide en een deel van het water uit de verbranding in je cellen worden via de longblaasjes aan de lucht afgegeven door uit te ademen. Daarbij is het vloeibare water overgegaan in de vorm van het gasvormige waterdamp. Een deel van het water plas en zweet je uit, maar een deel blijft achter in het lichaam, want we bestaan er voor een groot deel (zo’n 70%) uit.

Het bloedvatenstelsel

Dat bestaat uit onder andere alle bloedvaten en het hart: daarin worden de voedingsstoffen en brandstoffen, zoals glucose uit de darmen en het zuurstof uit de longen door het lichaam vervoerd naar alle cellen toe. De afvalstoffen uit de verbranding, water en koolstofdioxide, worden van de cellen af naar de longen vervoerd om uitgeademd te worden.

Recycling van stoffen

Planten en dieren kunnen niet zonder elkaar. De stoffen die planten gebruiken voor de fotosynthese, zijn afkomstig van de (afval)stoffen uit de verbranding. De stoffen die nodig zijn bij de verbranding zijn weer afkomstig van de (afval)stoffen uit de fotosynthese en ga zo maar door. Deze vorm van recycling is de basis van het biologische evenwicht op aarde. Bedenk dus dat een molecuul water bijvoorbeeld van de ene levensvorm in de andere terecht is gekomen en dat gaat alsmaar door en door en door.