#3 De Fundamentele Code - Elektronentransportketen en mitochondriën
Waarom je macro's tellen weinig zegt over energie.
We beginnen met een gewetensvraag: wat is de laatste keer dat je in een plantaardig dieet versus dierlijk dieet discussie verzeild bent geraakt?
Om eerlijk te zijn hoop ik dat je jezelf dit soort kwellingen bespaart. Zeker zodra je begrijpt dat menselijke gezondheid volledig draait om je vermogen om een overvloed aan energie op celniveau te bereiken en dat moedertje natuur ons weinig te kiezen geeft, valt er ook niet zoveel meer te discussiëren. De verhoudingen zijn objectief gezien vrij duidelijk. Om dit te zien moeten we ons vaak alleen even ontdoen van de moderne illusie van opties.
De illusie van opties lost al snel als sneeuw voor de zon op wanneer je het fenomeen "mitochondriën" nauwkeurig gaat bestuderen. Laat dit nou net hét minuscule orgaantje zijn waar het topic gezondheid volledig omheen cirkelt.
Mitochondriale energierevolutie
In de vorige Fundamentele Code vertelde ik dat het leven op aarde een weergaloze transformatie doormaakte vanaf het moment dat het mitochondrion ontstond. Je kunt het vergelijken met de impact die de uitvinding en verspreiding van de verbrandingsmotor met zich meebracht.
Ineens waren we niet meer afhankelijk van paard en wagen, lagen de straten niet meer bezaaid met paardenstront, hadden we een beter alternatief voor de stoommachine en waren we in staat om efficiëntere energiebronnen (op oliebasis) in te zetten om onze economie te drijven. Je begrijpt dat dit gepaard ging met razendsnelle ontwikkelingen.
Voor het leven op aarde gold destijds exact hetzelfde. Als je hier in detail over wil lezen raad ik het boek Power, Sex, Suicide aan van Nick Lane. Voor nu is het vooral belangrijk om te begrijpen dat je mitochondriën afkomstig zijn van een oeroude bacterie die miljoenen jaren terug je voorlopercellen in besloot te kruipen en hier nooit meer is weggegaan.
Endosymbiose: Het perfecte huwelijk
Je mitochondriën gaven de “host cel” energie in ruil voor “onderdak” en voedingsstoffen. Blijkbaar was dit een match made in heaven, want de twee hebben elkaar nooit meer verlaten. Samen vormden ze vanaf dat moment de “complexe” of eukaryote cel (de eenvoudige/prokaryote cel ging hieraan vooraf).
In planten is dit eerste prototype mitochondrion uitgegroeid tot chloroplast waarin fotosynthese plaatsvindt. In dierlijke cellen is het prototype uitgegroeid tot het mitochondrion dat we vandaag de dag kennen: het type dat fotosynthese “omkeert”. Hier komen we later op terug!
Mitochondrion als nano-computer
Waarom deel ik deze ontstaansgeschiedenis met je?
Niet om je kostbare tijd te verdoen, maar juist omdat het een essentieel stuk is om te kunnen begrijpen waarom de functie van het mitochondrion zo complex en eigenaardig is. We zetten deze oeroude bacterie namelijk vaak weg als "energiefabriek". Hoewel dit niet onjuist is, is het mitochondrion nog zoveel meer dan dat. Besef dat het ooit een volledig op zichzelf staand organisme is geweest. Dat betekent dat het niet alleen energie kon produceren, maar ook alle andere cruciale taken kon uitvoeren voor overleven.
Zo heeft een mitochondrion zijn eigen DNA (wat je overigens volledig overerft van je moeder), eigen structurele opmaak, het heeft zijn eigen bouwstoffen en stenen, maar bovenal heeft het zijn eigen unieke manier van het waarnemen van zijn leefomgeving en alles wat hierin omgaat.
Op basis van wat het mitochondrion waarneemt in die leefomgeving (lees: direct in jouw cel, maar ook in de rest van je systeem of zelfs buiten dat systeem!) is het in staat zijn DNA-transcriptie aan te passen en daarmee zijn functie. Hierbij blijkt dat je mitochondriën niet alleen extreem gevoelig zijn voor chemische prikkels, cel-signalering, aan/afwezigheid van brandstof én toxines, maar ook voor elektromagnetische informatie vanuit je eigen systeem én directe leefomgeving (het is een mini-antenne).
Dat maakt je mitochondriën microscopische kwantumcomputertjes die energie produceren, deze productie reguleren op basis van alle chemische, epigenetische en elektromagnetische informatie waaraan ze worden blootgesteld én deze informatie ook nog eens gebruiken om hun eigen DNA-transcriptie (lees: hun eigen “gezondheid”) te reguleren.
Begrijp je zo hoe gevoelig deze bacteriële instrumentjes zijn die in zo’n beetje iedere cel van ons systeem zitten? Maar goed ook trouwens, want ze vervullen een functie die de enorme sensitiviteit vereist, namelijk ons energiemetabolisme.
We zoomen nog verder in
Aan de andere kant begrijp je nu misschien ook dat er veel mis kan gaan op het level van je mitochondriën wanneer je ze blootstelt aan onnatuurlijke of schadelijke prikkels. Dit is exact wat er momenteel op grote schaal gebeurt. Sterker nog, we komen er steeds meer achter dat de basis voor iedere westerse moderne (leefstijl)ziekte te herleiden is op mitochondriaal falen. Ook hier gaan we in deze serie en/of het Kennis Infuus nog eens op terugkomen.
Voor nu wil ik eerst eens met je gaan kijken hoe het mitochondrion op micro-niveau werkt. Ik liet net al de broodkruimel achter dat na het ontstaan van de voorloper mitochondriën er grofweg 2 takken zijn ontwikkeld: de chloroplast (bladgroenkorrel) en het dierlijke mitochondrion.
Evolutie had geen twee resultaten kunnen opleveren die mooier op elkaar aansluiten dan deze twee nakomelingen van endosymbiose. Waar de chloroplast de energiehuishouding van planten aandrijft door ze vermogen tot fotosynthese te schenken, geeft het mitochondrion dierlijke cellen het vermogen om exact het omgekeerde van fotosynthese te doen.
Fotosynthese
Eerder vertelde ik je dat bomen met hun groene bladeren in de lucht wapperen om licht (fotonen) op te vangen, CO2 inademen en met hun wortels water (H2O) opnemen. De fotonen botsen op elektronen in de bladgroenkorrels waardoor de lichtenergie via het foto-elektrisch effect kan worden overgedragen. Vervolgens wordt het lichtdragend elektron gebruikt om waterstof en koolstof samen te voegen. Hiermee is een energierijk koolhydraat geboren.
De boom kan zijn licht-geladen elektronen natuurlijk gebruiken om zijn eigen metabolisme te drijven, maar het overschot aan lichtenergie wordt opgeslagen in bijvoorbeeld de suikers van zijn appel. Hier krijgen dieren of mensen de kans om indirect gebruik te maken van de fotosynthese van de boom. We hoeven de appel alleen maar te plukken, te eten en de rest gebeurt “vanzelf”.
Omgekeerde Fotosynthese
Wanneer de suikers bij onze mitochondriën komen, worden ze in een hele reeks van verbrandingsprocessen “gestript” van hun lichtrijke elektronen. Nadat het koolhydraat geraamte van zijn energie is ontdaan blijven water en CO2 over als “afvalproducten” (maar ze zijn allesbehalve afval).
De elektronen die vrijkomen in onze mitochondriën mogen hun energie afgeven zodat wij op onze beurt ons celmetabolisme kunnen drijven met deze indirecte bron van lichtenergie.
Nadat het elektron al zijn energie heeft afgegeven, moet het zorgvuldig worden opgevangen en afgevoerd. Anders kan het een vrije radicaal vormen, met alle mogelijke schade (aan mitochondriaal DNA) van dien. Het opvangen van de ontladen elektronen is de cruciale taak van zuurstof (nu weet je eindelijk waarom ademen zo belangrijk is).
Als het zojuist opgevangen elektron een beetje geluk heeft, mag het ooit weer onderhevig raken aan het foto-elektrisch effect waarbij het opnieuw de lichtenergie van een foton opneemt om een vergelijkbare reis af te leggen.
Chloroplast en Mitochondrion werken in spiegelbeeld
De oplettende lezer heeft gemerkt dat we in het mitochondrion fotosynthese als het ware hebben omgekeerd door het koolhydraat van zijn elektronen te ontdoen en hierbij water en CO2 vrij te maken. We gebruiken hierbij echter zuurstof om de elektronen, van hun lichtenergie ontdaan, weer op te vangen.
Op deze manier is het metabolisme van de chloroplast het perfecte spiegelbeeld van het metabolisme van het mitochondrion. Samen hebben ze de taak om lichtenergie op planeet aarde te ontvangen, fixeren en benutten in de verschillende levensvormen. Is dat niet mooi bedacht?
Elektrontransport in je Mitochondriën
Als laatste uitstapje wil ik nog even met je inzoomen op het elektronentransport in het mitochondrion.
In de wereld van voeding zijn we al snel gefocust op macro's, oftewel: eiwitten, vetten en koolhydraten. Vooral vetten en koolhydraten worden gezien als brandstof, alhoewel eiwitten net zo goed kunnen worden verbrand voor energie. De grap is dat deze drie ogenschijnlijk verschillende brandstoffen je mitochondriën in de basis allemaal voorzien van elektronen.
Zowel vetten als koolhydraten en eiwitten worden afgebroken om energierijke elektronen vrij te maken in je mitochondriën. In je mitochondriën wordt het licht stap voor stap van de elektronen afgetapt om deze energie te transformeren. Op deze manier kan je mitochondrion de energie vastzetten in een chemische verbinding, zoals ATP. Ook kan je mitochondrion er bewegingsenergie van maken, osmotische energie of een andere bron van licht, genaamd “warmte” of infrarood (daarom produceren je mitochondriën warmte en krijg jij het warm als je verbranding omhoog gaat tijdens bijvoorbeeld sporten).
Wanneer je naar de anatomie van een mitochondrion (zie onderstaande afbeelding) kijkt, zie je dat het eigenlijk een grote ovale zak-in-een-zak is gevuld met water. Hierdoor heeft het een binnenmembraan en een buitenmembraan. Op dit binnenmembraan speelt zich de magie van het mitochondrion af. Hier bevinden zich namelijk de zogenaamde cytochromen.
Cytochromen zijn eiwitcomplexen met uiteenlopende functies. Voor nu is het belangrijk om te weten dat er 5 hoofdcytochromen zijn (Cytochroom 1 tot en met 5, aan inspiratie geen gebrek in biologie land). Wanneer een elektron wordt vrijgemaakt uit bijvoorbeeld een koolhydraat, vet of eiwit “springt” het op het binnenste membraan als elektriciteit op een koperen spoel (deze analogie mag je aardig letterlijk nemen overigens!). Vervolgens wordt het elektron één voor één opgenomen op de verschillende cytochromen. Ieder cytochroom “snoept” een beetje energie van het elektron af om er een specifieke metabole taak mee uit te voeren.
Op onderstaande afbeelding zie je een stuk van het binnenmembraan met de 5 cytochromen. De elektronen gaan van cytochroom naar cytochroom via een proces dat kwantum tunnelen wordt genoemd. Ieder cytochroom heeft zijn eigen functie.
Het bekendste cytochroom is cytochroom 5, ook wel ATP’ase genoemd. ATP’ase is het eiwitcomplex dat onder andere verantwoordelijk is voor de productie van ATP (Adenosine Trifosfaat). ATP is een chemische fosfaatverbinding waar we lichtenergie/elektronen in kunnen opslaan. Het mechanisme waarmee dit gebeurt, lijkt enorm op het opwekken van energie aan de hand van een stuwdam. Bekijk onderstaande video voor een uitgebreide illustratie.
Kijk deze video zeker tot de helft om goed mee te kunnen in komende episodes. De term "redoxreactie" gaat voorbij komen. Weet dat een redoxreactie simpelweg een chemische reactie is waarbij een molecuul ofwel elektronen afgeeft (oxidatie) ofwel elektronen opneemt (reductie). Redoxreacties zijn op deze manier fundamenteel in welke vorm van metabolisme dan ook.
ATP wordt in mainstream biologie gezien als dé fundamentele energiebron van ons systeem. Hoewel ATP zeker een belangrijke energiebron is, is het naar schatting niet eens in staat om ⅓ van je energiebehoefte in te vullen. Waar komt al die energie dan vandaan? Ook daar ga je antwoord op krijgen in deze serie. Ik kan je alvast verklappen dat onder anderen water een grote rol speelt in het oplossen van dit vraagstuk. Stay tuned.
Alle brandstof één pot nat?
Oke, we zijn aardig diep op het mitochondrion ingegaan. Nu begrijp je misschien nog niet zo goed wat je met al deze informatie moet, maar geloof me, gedurende de weg gaan er kwartjes vallen. Zie het alsof je je voorbereid op een gigantisch feest. Nu ben je alvast de kapstokken aan het klaarzetten. Je hebt nog geen flauw idee wat voor jassen erop komen te hangen of hoeveel mensen er überhaupt komen, maar wanneer het moment daar is staat je kapstok er in ieder geval wel. Kan alleen maar een knalfuif worden.
Om alles toch nog een beetje bij elkaar te knopen voor je, wil ik nog even terugkomen op de intro van deze Fundamentele Code. Wat hebben discussies over plantaardige voeding en dierlijke voeding hiermee te maken?
Nou, laten we beginnen met ons te verplaatsen in het mitochondrion. Want nogmaals, als je begrijpt dat je volledige gezondheid valt of staat met je energiehuishouding en je weet dat je energiehuishouding valt of staat bij de gezondheid van je mitochondriën, dan begrijp je ook dat dit een extreem logische denkstap is.
Een goede vraag zou bijvoorbeeld zijn: Maakt het je mitochondriën iets uit of je een plant brandstof (koolhydraten/suikers) of vetten en eiwitten uit dierlijke voeding aan ze presenteert?
We hebben net gezien dat brandstof uit zowel vetten als koolhydraten en eiwitten vrijkomt in de vorm van elektronen. Een pot nat dus! Oeij… niet te snel!
Wat zien je mitochondriën dat jij niet ziet?
Ik ben bang dat we nog niet voldoende details over het mitochondrion en elektronentransport hebben besproken om deze vraag te kunnen beantwoorden. Toch wil ik je alvast iets geven om op te kauwen totdat we verder gaan op dit topic.
We hebben besproken dat het elektron in feite een voertuig is waarin lichtenergie tijdelijk ligt “opgeslagen”. Misschien heb je me weleens horen zeggen dat licht zowel energie als informatie bevat. Zou het kunnen zijn dat mitochondriën op een of andere manier “oog” hebben voor variaties in licht informatie in verschillende energierijke elektronen? Zou het daarbij misschien ook zo kunnen zijn dat de aard van die informatie te maken heeft met de bron van het elektron?
Verder ga ik niets meer zeggen. Ik ben in ieder geval een uur typen verder en alsnog heb ik je geen antwoord kunnen geven. Het lijkt erop dat ik nog maar een beroep moet doen op je geduld voor nu. Hoe dan ook, je zal wel moe zijn na dit verhaal, dus neem ook zeker je rust en voorzie jezelf van wat energierijke elektronen in de tussentijd.
Het voordeel van deze Premium Blog en alle details die ik erin deel, is dat ik gaandeweg steeds meer kwantumbiologie grappen kan maken. In het dagelijks leven krijg ik hier nog niet veel lachers mee op mijn hand, maar op deze manier kunnen we het tij wellicht keren.
Bedankt in ieder geval weer voor je aandacht. Laat me weten als je vragen hebt. Ik spreek je voor de volgende sprong in het diepe!
Lars