[biologie] Anaërobe ademhaling

[Bilogeniee]

Beste mensen,

Kan iemand mij alstublieft met makkelijke woorden de zuurstofgasschuld bij anaërobe ademhaming uitleggen met behulp van deze tekening? bedankt

 

zuurstofschuld.jpg (44.21 KiB) 560 keer bekeken

 
 

[Beresteyn]

Zuurstofschuld is een verwarrende term en mag je wat mij betreft direct weer vergeten. Om het principe van zuurstofschuld te begrijpen zul je een aantal fundamentele zaken moeten begrijpen. Laten we beginnen met first things first.
 
Wanneer je je ineens intens gaat inspannen, bijvoorbeeld bij het trekken van een sprint, zullen de weefsels in je lichaam acuut behoefte hebben aan energie in de vorm van ATP. Je hebt allerlei verschillende mechanismen om deze ATP te leveren en je kent hiervan vast de glycolyse, krebscyclus, β-oxidatie en de oxidatieve fosforylering. 
 
Probeer na te gaan in welk organel of in welke organellen de laatste drie processen zich afspelen? (tip: welk organel of welke organellen ken je die de energie produceren in de cel?)

[Jan van de Velde]

Opmerking moderator

door te kiezen voor "uitgebreid bewerken" vind je een link via welke je bestanden zoals foto's kunt uploaden. Ik heb dat nu even voor je gedaan. Geen probleem voor een keertje.   

 

zuurstofschuld2.jpg (45.98 KiB) 560 keer bekeken

 
op de verticale as hoort eigenlijk te staan: aangevoerde hoeveelheid (bijv in gram) zuurstof per seconde
 
1 we zien hoeveel zuurstof het organisme elke seconde in rust opneemt 
2 voor een plotse inspanning is er veel meer energie en dus zuurstof per seconde nodig
3 De opname van zuurstof stijgt als reactie op de plots ontstane behoefte, maar kan het verbruik niet bijhouden
4 de energie wordt dan maar tijdelijk geleverd via anaërobe ademhaling in het organisme
5 de verbruikspiek is voorbij. De verhoogde zuurstofopname (3) gaat echter nog een tijdje door, onder andere om de ophoping van afvalproducten van de tijdelijke anaërobe ademhaling op te ruimen
6 de toestand van vóór de inspanning is hersteld
 
de oppervlakte (lengte x breedte) in deze grafiek geeft een hoeveelheid zuurstof (bijvoorbeeld in gram) weer.
kijk maar naar de eenheden:
eenheid oppervlakte = eenheid verticaal  x  eenheid horizontaal =  (g/s) x s = g O₂
 
Als je goed kijkt is de oppervlakte van rechthoek 4 gelijk aan de oppervlakte van de afgeplatte berg 5 . Tijdens de periode van verhoogd verbruik was er een zuurstofgebrek om voldoende energie te kunnen produceren. De energie werd even 'geleend'  uit het anaërobe systeem, en wordt later 'in termijnen" terugbetaald.
 
analoog idee: 
1 je zit op de middelbare school en verdient met bijbaantjes 300 euro per maand, genoeg om in je levensonderhoud te voorzien
2 dan ga je studeren, en hebt ineens 1200 euro per maand nodig
3 je zoekt extra bijbaantjes, maar je haalt daarmee maar 600 euro per maand
4 het tekort kun je bijlenen via duo, en dat loopt na 4 jaar op tot een totaal van ruim 30 000 euro
5 na je studie blijf je nog extra bijbaantjes draaien. Uit het verschil tussen de 600 die je verdient en de 300 die je nodig hebt om te leven betaal je je je studieschuld af.
6 je studieschuld is 8 jaar later eindelijk afgelost, je kunt eindelijk je extra bijbaantjes opzeggen en weer normaal gaan leven. 

[Beresteyn]

Toch nog even inhaken op dit onderwerp. Ik had verwacht dat TS nog zou reageren, maar die reactie lijkt niet te komen. Hier nog wat technische aanvulling op de uitleg van Jan.
 
Beknopt gebeurt er het volgende:
 
Tijdens het begin van intense inspanning, zoals het trekken van een sprint, zullen de weefsels in je lichaam acuut behoefte hebben aan energie in de vorm van ATP. Deze ATP zal voornamelijk geleverd worden uit vrij ATP en glycogeen dat opgeslagen ligt in de spieren en creatinefosfaat, omdat die vormen van energie als het ware "stand-by" zijn; ze liggen klaar voor gebruik.
 
Andere energiebronnen zijn de glycolyse, krebscyclus, β-oxidatie en de oxidatieve fosforylering. Die laatste drie zijn de energiebronnen die het lichaam 'prefereert', maar kunnen niet voor de beginfase van de sprint gebruikt worden. Waarom niet? Dat leer je niet op de middelbare school, maar om in het kort te zeggen: die processen hebben tijd nodig om op gang te komen (ongeveer de eerste 2 minuten), voornamelijk omdat er aanvankelijk een suboptimale zuurstofvoorziening van de weefsels is omdat de de doorbloeding ook op gang moet komen. De metabolische processen van de krebscyclus, β-oxidatie en de oxidatieve fosforylering vinden plaats in de mitochondria. Voor de oxidatieve fosforylering heb je zoals je wellicht wel weet zuurstof nodig. Hoewel je voor de krebscyclus en β-oxidatie zelf geen zuurstof nodig hebt om te functioneren, zijn deze processen wel sterk verbonden met de oxidatieve fosforylering in het complex dat je cellulaire respiratie (of aerobe ademhaling) noemt. 
 
Nu je weet dat je ongeveer de eerste 2 minuten geen gebruik kunt maken van aerobe ademhaling, zul je die op moeten vangen met andere vormen van energie. In het begin zei ik al iets over vrij ATP en creatinefosfaat, maar die energiebronnen zullen binnen ongeveer respectievelijk 5 en 30 seconde bijna volledig opgebruikt zijn. Dan zit je dus met een energietekort tussen ongeveer 30 seconde tot 2 minuten na het begin van de inspanning. En dat tekort vang je op met het proces dat je anaerobe respiratie (of anaerobe metabolisme; anaerobe ademhaling) noemt. Je hebt het dan voornamelijk over het aanspreken van de glycogeenopslag in de spieren en anaerobe glycolyse (wat inhoudt dat glucose wordt omgezet tot pyruvaat en pyruvaat tot lactaat). Waarom noemen we dat proces anaeroob? Omdat de reacties buiten de mitochondria plaatsvindt. 
 
Na de inspanning zal de hoeveelheid lactaat in je bloed geaccumuleerd zijn en dit zal weer afgebroken moeten worden. Dat proces noem je de cori cyclus en kost netto energie.
 
Long story short.
Nu kun je beredeneren waarom er in de beginfase van de ademhaling sprake zou zijn van een "zuurstofschuld". In de beginfase zul je acuut behoefte hebben aan zuurstof om aan de aerobe ademhaling te voldoen, maar (voornamelijk) door de suboptimale doorbloeding en daarmee onvoldoende zuurstofvoorziening zal de oxidatieve fosforylering slecht/niet kunnen plaatsvinden. Aangezien de krebscyclus en β-oxidatie sterk verbonden zijn met de oxidatieve fosforylering zullen die ook slecht/niet plaatsvinden en is je lichaam afhankelijk van andere (anaerobe) energiebronnen. In de eerste paar seconden zal dit afkomstig zijn van vrij ATP en in de eerste 30 seconden van creatinefosfaat, waarna anaerobe glycolyse en glycogenolyse de overhand zullen nemen. Pas na ongeveer 2 minuten zal de aerobe ademhaling de overhand nemen, omdat je dan optimale doorbloeding (en daarmee optimale zuurstofvoorziening) hebt. Dan kunnen de krebscyclus, β-oxidatie en oxidatieve fosforylering optimaal plaatsvinden en zoals je wellicht weet komt het gros van de energie uit die bronnen. Doordat je lactaat hebt opgebouwd en je dat moet afbreken zul je ook na je inspanning nog energie verbruiken (cori cyclus). Ik denk dat ze dat bedoelen met het "terugbetalen van zuurstof", maar om eerlijk te zijn vind ik die bewoording nogal nietszeggend. 
 
Die "zuurstofschuld" is dus niets meer dan een tekort aan zuurstof waardoor de aerobe metabolische processen in de mitochondria niet kunnen plaatsvinden en daarom ben je overgeleverd aan anaerobe ademhaling voor ongeveer de eerste 2 minuten tot je doorbloeding optimaal is.
 
Zie onderstaand grafisch abstract van wat ik zojuist verteld heb.

Schermafbeelding 2019-01-22 om 14.13.44.png (215.35 KiB) 558 keer bekeken