Samenvatting Metabolisme 2023
Week 1: begrippen en Michaelis Menten kinetiek
Energie
Metabolismos = verandering/omzetting
Katabolisme: komt energie vrij → afbraakreacties
Anabolisme: consumeert energie → opbouwen van moleculen
Fototroof = een organisme in staat om met behulp van licht als energiebron en de opname van
anorganische stoffen te leven.
Chemotroof = een organisme die energie vanuit chemische stoffen haalt (zoals voeding).
Figuur 1
Figuur 2
,1ste wet van thermodynamica: energie kan niet verloren gaan of uit het niets ontstaan.
2de wet van thermodynamica: entropie (mate van wanorde) neemt toe.
Gibb’s vrije energie (ΔG = ΔH – T * ΔS)
Vrije energie = energie die beschikbaar is voor transformatie.
Enthalpie (ΔH) = totale energie
Wanneer (-) ΔH → exotherm
Wanneer (+) ΔH → endotherm
ΔS = entropie
T = temperatuur
ΔG < 0 → reactie verloopt spontaan (exergoon)
ΔG > 0 → reactie verloopt niet spontaan (endergoon)
Enzymen
Enzymen zijn eiwitten die fungeren als katalysatoren in bepaalde reacties.
Holo-enzym = Apo-enzym + co-enzym (actief enzym)
Apo-enzym = een enzym zonder cofactor (inactief)
Co-enzym = een cofactor (activator)
Zie figuur 3
Figuur 3
Twee groepen cofactoren:
- Metalen
- Kleine organische molecule
Internationale classificatie van enzymen op basis van 6 groepen:
1. Oxidoreductasen: oxidatie – reductie (overdracht van elektronen).
2. Transferasen: overdracht van een groep/
3. Hydrolasen: hydrolyse (splitsing van een chemische verbinding onder opname van water).
4. Lyasen: additie of verwijdering van een groep om een dubbele binding te vormen.
5. Isomerases: isomerisatie (intramoleculaire groepsoverdracht)
6. Ligasen: koppeling van twee substraten ten koste van ATP.
,Een enzym verlaagt de activeringsenergie (EA).
Enzymen hebben geen effect op de verandering in vrije energie (ΔG); ze doen alleen reacties
versnellen die normaal ook zouden plaats vinden.
Katalyse:
- Het substraat bindt aan de actieve site.
- Vrijgekomen energie van enzym-substraatbinding kan het substraat tijdelijk tot een bepaalde
ruimtelijk conformatie worden gedwongen (transition state).
- Katalytische groepen of cofactoren leveren elektronen of protonen die nodig zijn voor de
chemische reactie.
- Na de reactie wordt meestal een tweede transition state bereikt alvorens het reactieproduct
wordt gevormd.
- Het reactieproduct laat los van het enzym en het enzym gaat weer terug naar zijn
oorspronkelijke toestand en kan weer opnieuw een reactie katalyseren.
Actieve site:
- De actieve site is de regio van het enzym dat bindt aan het substraat (en eventuele cofactor).
- De actieve site bevat katalytische groepen, deze zijn verantwoordelijk voor het maken of
breken van verbindingen (waardoor de activeringsenergie wordt verlaagd).
- Kenmerken actieve site: klein gedeelte van het totale enzym. Substraatspecificiteit.
Lock and key model: substraat past precies op de actieve site van het enzyme.
Induced fit model: substraat een andere vorm → conformatieverandering → substraat past wel op
enzym.
Enzymkinetiek:
- Om te weten hoe enzymen functioneren is een kinetische beschrijving nodig.
- Veel enzymatische reacties vertonen een hyperbolisch verband tussen de initiële
reactiesnelheid (v) en de substraatconcentratie.
- Bij lage substraatconcentraties [S] is het verband lineair.
- Boven een bepaalde [S] wordt v minder afhankelijk van [S]
- v wordt onafhankelijk van [S] → plateaufase met maximale snelheid → enzym is verzadigd
met substraat.
Michaelis-Menten kinetiek:
Figuur 4
, Lineweaver Burk plot:
Wordt gebruikt om Vmax en Km te bepalen.
Figuur 5
Km = Maat voor affiniteit van het enzym voor het substraat.
Hoe lager Km → hoe hoger de affiniteit van het substraat is → substraat bindt beter.
Enzyminhibitoren:
Twee grote klassen inhibitoren
- Irreversibele inhibitoren
- Reversibele inhibitoren (grootste groep): competitief of niet-competitief.
- Competitieve remming: iets lijkt op het substraat en gaat competitie aan om de actieve site.
Substraat kan niet meer binden.
- Niet-competitieve binding: bindt op een andere plek waardoor enzym van vorm verandert en
substraat ook niet meer kan binden.
- Bij competitieve remming daalt de affiniteit van het enzym voor het substraat. De Km zal dus
stijgen, maar er is geen invloed op de vmax. Oplossing: hoge substraatconcentraties toe
voegen.
- Niet-competitieve remming heeft geen invloed op de affiniteit van het substraat. De Km zal
dus gelijk blijven. Efficiëntie van het enzym wordt wel verminderd → vmax daalt.
Week 1: begrippen en Michaelis Menten kinetiek
Energie
Metabolismos = verandering/omzetting
Katabolisme: komt energie vrij → afbraakreacties
Anabolisme: consumeert energie → opbouwen van moleculen
Fototroof = een organisme in staat om met behulp van licht als energiebron en de opname van
anorganische stoffen te leven.
Chemotroof = een organisme die energie vanuit chemische stoffen haalt (zoals voeding).
Figuur 1
Figuur 2
,1ste wet van thermodynamica: energie kan niet verloren gaan of uit het niets ontstaan.
2de wet van thermodynamica: entropie (mate van wanorde) neemt toe.
Gibb’s vrije energie (ΔG = ΔH – T * ΔS)
Vrije energie = energie die beschikbaar is voor transformatie.
Enthalpie (ΔH) = totale energie
Wanneer (-) ΔH → exotherm
Wanneer (+) ΔH → endotherm
ΔS = entropie
T = temperatuur
ΔG < 0 → reactie verloopt spontaan (exergoon)
ΔG > 0 → reactie verloopt niet spontaan (endergoon)
Enzymen
Enzymen zijn eiwitten die fungeren als katalysatoren in bepaalde reacties.
Holo-enzym = Apo-enzym + co-enzym (actief enzym)
Apo-enzym = een enzym zonder cofactor (inactief)
Co-enzym = een cofactor (activator)
Zie figuur 3
Figuur 3
Twee groepen cofactoren:
- Metalen
- Kleine organische molecule
Internationale classificatie van enzymen op basis van 6 groepen:
1. Oxidoreductasen: oxidatie – reductie (overdracht van elektronen).
2. Transferasen: overdracht van een groep/
3. Hydrolasen: hydrolyse (splitsing van een chemische verbinding onder opname van water).
4. Lyasen: additie of verwijdering van een groep om een dubbele binding te vormen.
5. Isomerases: isomerisatie (intramoleculaire groepsoverdracht)
6. Ligasen: koppeling van twee substraten ten koste van ATP.
,Een enzym verlaagt de activeringsenergie (EA).
Enzymen hebben geen effect op de verandering in vrije energie (ΔG); ze doen alleen reacties
versnellen die normaal ook zouden plaats vinden.
Katalyse:
- Het substraat bindt aan de actieve site.
- Vrijgekomen energie van enzym-substraatbinding kan het substraat tijdelijk tot een bepaalde
ruimtelijk conformatie worden gedwongen (transition state).
- Katalytische groepen of cofactoren leveren elektronen of protonen die nodig zijn voor de
chemische reactie.
- Na de reactie wordt meestal een tweede transition state bereikt alvorens het reactieproduct
wordt gevormd.
- Het reactieproduct laat los van het enzym en het enzym gaat weer terug naar zijn
oorspronkelijke toestand en kan weer opnieuw een reactie katalyseren.
Actieve site:
- De actieve site is de regio van het enzym dat bindt aan het substraat (en eventuele cofactor).
- De actieve site bevat katalytische groepen, deze zijn verantwoordelijk voor het maken of
breken van verbindingen (waardoor de activeringsenergie wordt verlaagd).
- Kenmerken actieve site: klein gedeelte van het totale enzym. Substraatspecificiteit.
Lock and key model: substraat past precies op de actieve site van het enzyme.
Induced fit model: substraat een andere vorm → conformatieverandering → substraat past wel op
enzym.
Enzymkinetiek:
- Om te weten hoe enzymen functioneren is een kinetische beschrijving nodig.
- Veel enzymatische reacties vertonen een hyperbolisch verband tussen de initiële
reactiesnelheid (v) en de substraatconcentratie.
- Bij lage substraatconcentraties [S] is het verband lineair.
- Boven een bepaalde [S] wordt v minder afhankelijk van [S]
- v wordt onafhankelijk van [S] → plateaufase met maximale snelheid → enzym is verzadigd
met substraat.
Michaelis-Menten kinetiek:
Figuur 4
, Lineweaver Burk plot:
Wordt gebruikt om Vmax en Km te bepalen.
Figuur 5
Km = Maat voor affiniteit van het enzym voor het substraat.
Hoe lager Km → hoe hoger de affiniteit van het substraat is → substraat bindt beter.
Enzyminhibitoren:
Twee grote klassen inhibitoren
- Irreversibele inhibitoren
- Reversibele inhibitoren (grootste groep): competitief of niet-competitief.
- Competitieve remming: iets lijkt op het substraat en gaat competitie aan om de actieve site.
Substraat kan niet meer binden.
- Niet-competitieve binding: bindt op een andere plek waardoor enzym van vorm verandert en
substraat ook niet meer kan binden.
- Bij competitieve remming daalt de affiniteit van het enzym voor het substraat. De Km zal dus
stijgen, maar er is geen invloed op de vmax. Oplossing: hoge substraatconcentraties toe
voegen.
- Niet-competitieve remming heeft geen invloed op de affiniteit van het substraat. De Km zal
dus gelijk blijven. Efficiëntie van het enzym wordt wel verminderd → vmax daalt.
