Het lichaam heeft constant energie in de vorm van adenosinetrifosfaat (ATP) nodig. Bij de splitsing van ATP ontstaat adenosinedifosfaat (ADP), fosfaat (P) en energie. De meeste ATP die in het lichaam wordt gevormd (ongeveer 95%) ontstaat door het verbranden van koolhydraten en vetten. Bij het verbranden van koolhydraten en vetten wordt zuurstof gekoppeld aan de waterstofionen die tijdens de afbraak van koolhydraten en vetten worden gevormd. Bij deze reactie komt energie vrij die vervolgens gebruikt wordt om ADP en P te koppelen tot ATP. Het proces waarin zuurstof aan waterstof worden gekoppeld, wordt het electronentransportsysteem (ETS) genoemd. De koppeling van ADP en P tot ATP wordt de oxidatieve fosforylering genoemd. Door regelmatig duurtraining (wielrennen, hardlopen) te doen, neemt de oxidatieve fosforylering en aerobe ATP-productie toe. De efficiëntie van het ETS gecombineerd met de oxidatieve fosforylering is ongeveer 34%.
Electronentransportsysteem (ETS)
In de celademhaling spelen redoxreacties een belangrijke rol. Deze redoxreacties vinden plaats in de mitochondriën van de cellen. Wanneer er meer energie (ATP) nodig is, gebruiken de mitochondriën meer zuurstof om zo oxidatiereacties sneller te laten verlopen. Bij deze oxidatiereacties ontstaat energie die in de oxidatieve fosforylering wordt gebruikt.
In zowel de glycolyse, beta-oxidatie en de citroenzuurcyclus ontstaan waterstofionen in de vorm van NADH en FADH die gebonden wordt aan zuurstof in het electronentransportsysteem. In de mitochondriën worden namelijk electronen rondgepompt. De waterstofionen gaan met de stroom van de electronen mee. Dit rondpompen van electronen en waterstofionen levert energie. Uiteindelijk worden de electronen geaccepteerd door zuurstof dat ook in de mitochondriën aanwezig is en zullen de waterstofionen binden aan zuurstof tot water. In het electronentransportsysteem ontstaat uiteindelijk water.
Oxidatieve fosforylering
Kortgezegd worden in het ETS waterstofionen gebonden aan zuurstof dat ook electronen accepteert. Bij deze reactie ontstaat energie die gebruikt wordt om ATP te vormen. Het NADH en FADH wat in eerdere energiesystemen is ontstaan, levert de waterstofionen die gebonden worden aan zuurstof. Hierbij ontstaat energie. De energie die hierbij ontstaat activeert een enzym wat ADP koppelt aan P tot ATP. Dit enzym heet ATP-synthase. Ongeveer 95% van alle energie (ATP) die het lichaam nodig heeft wordt gevormd door de oxidatieve fosforylering. Het electronentransportsysteem, de oxidatieve fosforylering en de energiesystemen die de benodigde NADH en FADH leveren, zijn chemische processen die uit vele stappen bestaan. Wellicht rijst de vraagt waarom er zoveel stappen nodig zijn voordat er ATP ontstaat. De reden hiervoor is simpel: de verbranding van koolhydraten en vetten verloopt in vele stappen omdat zo geleidelijk energie (ATP) wordt gewonnen uit deze substraten. De warmteproductie blijft zo beheersbaar. Het menselijk lichaam mag namelijk niet te warm worden, omdat dan bepaalde essentiële reacties niet meer kunnen verlopen. Ongeveer 34% van de totale energie die koolhydraten en vetten bevatten, wordt door de oxidatieve fosforylering vastgelegd in ATP.
Effect van training op de oxidatieve fosforylering
Niet alleen tijdens rust levert de oxidatieve fosforylering veel ATP. Ook tijdens inspanning en met name duursport is de oxidatieve fosforylering het dominante energiesysteem. Door regelmatig duurinspanning (wielrennen, hardlopen) te doen, kan de oxidatieve fosforylering toenemen en kan er per tijdseenheid meer ATP door de mitochondriën gevormd worden. Door regelmatig duurinspanning te doen, neemt namelijk het aantal mitochondriën toe, worden de mitochondriën groter en meer geplooid. Door deze toename van de zogenaamde mitochondriële dichtheid kan ook de oxidatieve fosforylering toenemen. Daarnaast neemt ook het hartminuutvolume (HMV) door regelmatig duurinspanning te doen. Het HMV is de hoeveelheid bloed die het hart per minuut rondpompt. Het bloed transporteert zuurstof richting de spieren. Verder zullen de spieren die beter getraind raken veel beter doorbloed worden. Met andere woorden neemt de capillaire dichtheid van de spieren toe. Doordat het HMV groter wordt en de capillaire dichtheid toeneemt, kan ook het zuurstof gebonden aan bloed sneller en beter geleverd worden aan de mitochondriën van de spieren die ATP nodig hebben.
Bronnen:
William D. McArdle, Victor L. Katch, & Frank I. Katch (2014) Exercise Physiology, Nutrition, Energy, and Human Performance, LWW Philadelphia
