Samenvatting Basisstof 9, Stofwisseling in de cel
Basisstof 1
Stofwisseling
stofwisseling= het geheel van chemische omzettingsprocessen in een organisme
stofwisseling in cellen wordt gedaan voor het opbouwen en instandhouding van de cel en om aan de energievoorzieningen van de cel te voldoen.
cellen bestaan uit organische en anorganische stoffen. Anorganische stoffen bevatten weinig chemische energie en organische stoffen bevatten veel chemische energie; deze verbreken en maken nieuwe bindingen, waar energie voor nodig is (glucose).
Assimilatie en dissimilatie
assimilatie: de opbouw van organische moleculen uit kleinere moleculen → energie nodig
koolstofassimilatie (fotosynthese): H20 + Co2 à O2 + C6H12O6 (glucose)
dissimilatie: de afbraak van grote organische moleculen tot kleinere moleculen → energie vrij in de vorm van kinetische energie, lichtenergie of warmte
door dissimilatie komt er energie vrij voor andere processen in de cel, zoals assimilatie of transport van stoffen.
heterotrofe organismen: organismen die energie krijgt uit de opname van organische stoffen.
autotrofe organismen: organismen die in staat zijn glucose te vormen uit koolstofdioxide en water (koolstofassimilatie/fotosynthese)
voorgezette assimilatie: assimilatie waarbij grote organische moleculen met energierijke bindingen ontstaan. Voortgezette assimilatie en dissimilatie vinden in autotrofe én heterotrofe organismen plaats.
Werking van ATP en ADP
bij de fotosynthese (binas 69 A) in chloroplasten en bij verbranding van mitochondriën wordt ATP gevormd → bestaat uit adenosine en drie fostfaatgroepen. Tussen de fosfaatgroepen ligt veel chemische energie, wat omgezet wordt in ATP, wat bruikbaar is voor de cel.
fosforylering: er wordt en fosfaatgroep toegevoegd
defosforylering: er wordt een fosfaatgroep verwijderd
wanneer de derde fosfaatgroep wordt afgesplitst, komt de energie weer vrij en ontstaat ADP. De energie die vrij komt is nodig voor stofwisselingsreacties en processen in de cel.
met behulp van energie kan een fosfaatgroep zich weer binden aan het ADP, waardoor er weer energierijk ATP ontstaat.
alle moleculen die energie vastleggen, zijn de chemisch op ATP lijkende moleculen: NAD+, NADH en NADP+
- NADH bevat 2 elektronen en een waterstofion meer dan NAD+
- DADPH bevat 2 elektronen en een waterstofion meer dan NADP+
Basisstof 2
Enzymen
enzymen zijn eiwitten die chemische omzettingsprocessen katalyseren (versnellen) zonder zelf gebruikt te worden.
de stof waarin een enzym inwerkt noem je het substraat. De enzymwerking is substraat specifiek; het werkt aleen op het goede substraat. (puzzelstukje) → substraatmolecuul past precies in het actieve centrum waar reactie is, er ontstaat een enzym-substraatcomplex. Het substraat wordt uiteindelijk omgezet in het reactieproduct.
na de reactie laat reactieproduct los van het actieve centrum en kan er een volgende reactie plaats vinden → enzymmolecuul is nog steeds hetzelfde en kan zich weer binden aan een volgend substaatmolecuul. (wordt zelf niet gebruikt)
de naam van enzym is vaak samengesteld uit naam substraat + -ase.
apo-enzymen hebben een anorganische/organische cofactor (co-enzym) (hulpstof) nodig om goed te kunnen werken.
Activeringsenergie
- nodig om een chemische reactie op gang te brengen
- grotere hoeveelheid energie dan de energiedrempel van reactie
reactie-energie: energie die vrijkomt bij een reactie. De werking van het enzym heeft geen invloed op de hoeveelheid reactie-energie.
bij botsingen tussen moleculen kan kinetische energie worden omgezet in chemische energie→ reactie vindt plaats
- lage temperaturen: energie van moleculen kan lager zijn dan energiedrempel en dus te laag om de reactie op gang te brengen
door enzymen wordt de energiedrempel verlaagd zodat er minder activeringsenergie nodig is om de reactie op gang te brengen
Optimumkromme
enzymactiviteit = mate waarin enzym een reactie versnelt → kun je bepalen door te meten hoeveel substraat per tijd (s, min, uur) wordt omgezet of hoeveel reactieproduct er ontstaat
- wordt beïnvloed door: temperatuur, zuurgraad, concentratie van stoffen, bindingen van bepaalde stoffen/enzymen met verhogende/verlagende effecten
optimumkromme: hier is het enzym in zijn optimale werking; hier worden de meeste enzym-substraatcomplexen gevormd.
boven de maximumtemperatuur vindt er denaturatie plaats: alle enzymmoleculen verliezen hun ruimtelijke structuur (onomkeerbaar)
dissimilatie = energie nodig - energie vrij
een activator zorgt voor een hogere enzymactiviteit. Het eindproduct kan de enzymactiviteit weer remmen.
Bij een reactieketen vindt een reeks van opeenvolgende stofwisselingsreacties (tussenproducten) plaats die leidt tot een eindproduct. → enzymen spelen vaak een rol.
Basisstof 3
reactie in planten
planten hebben chlorofyl in de cellen: pigment dat licht absorbeert, wat daarna wordt omgezet in de chemische energie van glucose → fotosynthese (koolstofassimilatie)
6CO2 + 6H2O → C6H12O6 + 6O2
chlorofyl zit in de chloroplasten in speciale membranen: thylakoïden
- lumen: binnenkant thylakoïde
- stroma: dikke vloeistof rondom de thylakoïden
2 reactieketens: lichtreactie en donkerreactie
Werking licht- en donkerreactie in een plant
Lichtreactie: licht is nodig voor reactie, vindt plaats op membranen van thylakoïde
lichtenergie van zon wordt gebruikt om H2O te splitsen in O2 en H+ ionen en energie over te dragen aan elektronen (binas 69 B1)
ATP en NADH transporteren energierijke elektronen en H+ ionen naar de donkerreactie
Donkerreactie: lichtonafhankelijk, vindt plaats in stroma van thylakoïde
vindt meteen na lichtreactie plaats. Hier wordt glucose gevormd uit Co2 m.b.v. ATP, elektronen en H+ ionen (binas 69 C1)
In membranen van thylakoïden liggen 2 fotosystemen (PSI eerder ontdekt dan PSII) die lichtenergie omzetten in chemische energie. à bestaan uit 2 typen chlorofyl en elektrontransportketen met elektronacceptoren (elektronen opneemt) en enzymen.
(binas 69 B1)
Werking lichtreacties
Lichtreacties beginnen in PSII met splitsing van water à H+ ionen ontstaan en gaan in het lumen. De O2 die ontstaat diffundeert naar stroma(deel wordt gebruikt voor verbranding mitochondriën).
Tegelijk zorgen lichtreacties in PSII voor energierijke elektronen die enzymen gebruiken om extra H+ ionen van stromen naar lumen te transporteren.
Nu worden de elektronen via elektrontransportketen doorgegeven aan PSI, waar ze weer energierijk worden gemaakt m.b.v. lichtenergie.
NADP+ neemt per molecuul 2 energierijke elektronen van NADP+-reductase en H+ (uit stroma) op. à NADPH ontstaat die elektronen en H+ ion naar donkerreactie transporteert.
NADP+ + H+ + 2e- à NADPH
Door de lichtreacties ontstaat er een ophoping van H+-ionen in het lumen, wat voor een elektrische spanning zorgt. De H+-ionen diffunderen via ATP-synthase naar het stroma. ATP-synthase gebruikt energie van H+-ionen om ADP om te zetten in ATP (fosforylering). De energie in ATP is nodig voor donkerreacties + andere processen.
Donkerreactie (calvincyclus) (binas 69 C1)
donkerreactie vindt plaats in stroma van chloroplasten. Vormen glucose uit Co2, NADPH, H+ m.b.v. energie uit ATP.
Chemosynthese
Chemosynthese: vorm van koolstofassimilatie waar energie die beschikbaar komt bij oxidatie van anorganische stof, gebruikt wordt door chemo-autotrofe bacteriën. Energie die is verkregen wordt kort opgeslagen in ATP.
Dankzij energie in ATP en een waterstofdonor kan glucose worden gevormd uit Co2.
Basisstof 4
Voortgezette assimilatie
Koolstofassimilatie in autotrofe organismen: H20 + C02 à 02 + glucose.
Glucose wordt gebruikt als grondstof voor de maak van organische stoffen (koolhydraten, eiwitten, vetten) = voortgezette assimilatie.
De ATP die wordt gevormd bij de verbanding van CO2 zorgt voor energie die voor voorgezette assimilatie gebruikt wordt.
Koolhydraten (binas 67F)
- bestaan uit koolstofketen, H2 en O2.
- Functie als bouwstof, brandstof en reservestof
- Monosacharide: 5/6 C-atomen, door OH-groep goed oplosbaar in water
- Disacharide: twee gebonden ringvormige monosacharide en een H+ molecuul
- Polysacharide: keten van vele monosacharide (zetmeel, glycogeen, cellulose). Ontstaat door polymerisatie en heeft een stevige structuur.
Eitwitten (binas 67H)
Eiwitten zijn polymeren met heel veel aminozurenà centraal C-atoom met gebonden aminogroep en restgroep. Goed oplosbaar
Essentiële aminozuren: aminozuren die dieren niet zelf kunnen maken
Niet-essentiële aminozuren: kunnen dieren zelf maken en hoeft niet in voedsel te zitten. (eiwitten maken: aminozuren aan elkaar koppelen)
Planten kunnen aminozuren opbouwen uit glucose en stikstofhoudende ionen m.b.v ATP.
- Primaire structuur van eiwit wordt bepaald door typen aminozuren.
- Aminozuren vormen spiraalvorm: Secundaire structuur
- Door vorming van H-bruggen en zwavelbruggen wordt spiraal ‘opgevouwen’ en krijgt zijn eigen unieke vorm: Tertiaire structuur. (ook trekking tussen hydrofiele en hydrofobe restgroepen bepalen structuur)
- Quaternaire structuur: manier waarop polypeptide ketens één eiwit vormen.
Vetten (binas 67G)
Bouwstof, brandstof en reservestof in membranen en hebben warmte-isolerende functie.
Teveel aan eiwitten en koolhydratenà omgezet in vet à per gram meer energie opgeslagen dan in koolhydraten en eiwitten.
vetzuren bestaan uit lange ketens van CH2-groepen met aan het eind carboxygroep (COOH) en zijn hydrofoob en apolair (+ en – ladingen vallen tegenover elkaar weg).
Vetzuur is verzadigd als C-atomen onderling zijn verbonden met enkele bindingen à bevat maximale aantal H-atomen.
Onverzadigde vetzuren hebben dubbele bindingen tussen C-atomen à knik in ruimtelijke vorm.
Fosfolipiden: één vetzuur van tryglyceride (drie vetzuren vinden aan glycerolmolecuul) wordt vervangen voor een hydrofiele fosfaatgroep
door de hydrofiele fosfaatgroep en hydrofobe vetzuren die door de hydrofiele fosfaatgroep en hydrofobe vetzuren die naar elkaar toe wijzen vormen ze een dubbele laag moleculen.
Aan buitenkant van membraan is de tussenstof:
zit tussen de verschillende cellen in.
Basisstof 5
aerobe dissimilatie van glucose (binas 68 A)
C6H12O6 + 6 O2 + 2 ATP à 6 CO2 + 6H2O + 38 ATP
- Glycolyse: glucosemolecuul wordt gesplitst in 2 moleculen pyrodruivenzuur (anaeroob proces)
- Anaerobe vorming van acetyl-co-enzym A door binding van pyrodruivenzuur aan co-enzym A
- Citroenzuurcyclus: citroenzuurmoleculen worden afgebroken tot CO2 en energierijke elektronen die worden opgenomen door energiedragermoleculen. (anaeroob). H+ moleculen worden opgenomen.
- Aerobe oxidatieve fosforylering: NADH en FADH2 staan energierijke elektronen af aan binnenmembranen van mitochondriën voor synthese van ATP. Energiearme elektronen en H+-ionen binden aan O2
Glycolyse (binas 68B)
- start met fosforylering: binden van 2 fosfaatgroepen à fructose-1,6-difosfaat ontstaat.
- Dan stap 1.
- Elk molecuul pryrodruivenzuur is 3 C-atomen lang à 4 ATP-moleculen, 4 energierijke elektronen en 4 H+-ionen ontstaan.
- pyrodruivenzuur naar binnenmembranen te transporteren: 2 moleculen NAD+ nemen elektronen en 2 H+-ionen op en transporteren deze als NADH naar binnenmembranen van mitochondriën.
in stap 4 worden energierijke bindingen van NAD+ gebruikt voor vorming van ATP
acetyl-co-enzym A en citroenzuurcyclus (binas 68C)
- vinden plaats in de matrix (vloeistof binnen in mitochondriën)
- voor dissimilatie van één glucosemolecuul vinden alle reacties 2X plaats:
- stap 2 : er ontstaat molecuul NADH en blijft acetylgroep met 2 C-atomen over die in citroenzuurcyclus bindt en citroenzuur vormt. à co-enzym A komt beschikbaar voor volgende acetyl-co-enzym A reactie
- NAD+, FAD, GTP leggen chemische energie vast die ontstaat uit afbraak van citroenzuur.
Oxidatieve fosforylering (binas 68D)
- Energierijke elektronen in NADH en FADH2 (ontstaan bij glycolyse en citroenzuurcyclus) worden in elektronentransportketen doorgegeven aan elektronenacceptoren.
- Bij elke overdracht verliezen elektronen energie à gebruikt om H+-ionen door binnenste membraan naar intercellulaire ruimte te transporteren à ontstaat een concenratieverschil dat ATP-synthase gebruikt als energiebron voor ATP-synthese.
- (1H+-ion = 1 ATP) (1NADH = 3H+-ionen = 3 ATP) (FADH = 2H+-ionen)
- O2 is laatste elektronenacceptor van oxidatieve fosforylering en reageert m.b.v. elektronen met H+à H2O ontstaat en laatste beetje energie van elektronen verdwijnt in warmte
Energieopbrengst
- 1 glucosemolecuul = 10 NADH + 2 FADH2
- Oxidatieve fosforylering: 1 NADH = 3 ATP. 1 FADH2 = 2 ATP
- Totaal zijn er 38 ATP- moleculen, maar er is energie nodig voor alle acties in de cel, dus in werkelijkheid 30-32 ATP- moleculen.
Anaerobe dissimilatie van glucose (binas 68B)
- Omzetting van glucose zonder gebruik van zuurstof: gisting/fermentatie
- Ontstaat veel minder ATP dan bij aerobe dissimilatie (aleen uit glycolyse)
- Melkzuurgisting, alcoholgisting (binas 68B)
Melkzuurgisting in de mens:
- glycolyseà + 2ATP per glucosemolecuul + pyrodruivenzuur
- NAD+ à H+ en 2 elektronen opnemen
- Pyrodruivenzuur + NADH hopen op in cytoplasma en vormen melkzuur en NAD+
- Melkzuur afgeleverd aan leverà daar m.b.v. O2 en ATP omgezet in glucose
Aerobe dissimilatie van koolhydraten, eiwitten en vetten
Volgorde waarin stoffen als brandstof worden gebruikt is afhankelijk van beschikbaarheid
- Koolhydraten als eerst omgezet in monosachariden (vooral glucose)
- Eiwitten worden eerst gesplitst in aminozuren, waarvan de aminogroep wordt afgesplitst en omgezet in ammoniak (wordt uitgescheiden in plas)
De overgebleven koolstofketen kan worden omgezet in pyroduivenzuur, acetyl-CoA, andere stoffen die worden gedissimileerd in citroenzuurcyclus.
- Vetten worden eerst gesplitst in glycerol en vetzuren. Glycerol kan worden omgezet in pyroduivenzuur of in glucose en vervolgens glycogeen.
- Telkens worden delen van vetzuur afgesplitst in C2-moleculen die worden omgezet in acetyl-CoA dat bij citroenzuurcyclus kan worden gebruikt
- Bij verbranding vetten komt veel meer energie bij als bij koolhydraten en eiwitten door hoog aantal C-H-bindingen
REACTIES
1 seconde geleden