MOLECULEN: METABOLISME – HOORCOLLEGES
HC 1 – BASIS VAN METABOLISME EN MEMBRANEN
Productie en opslag van energie
Metabolisme of stofwisseling is het geheel van anabole en katabole reacties.
• Anabolisme (opbouwend); energie kostend
• Katabolisme (afbrekend); energie leverend
De hoofdbestanddelen van voedsel zijn: eiwitten, lipiden en
koolhydraten. Deze worden afgebroken tot kleinere moleculen.
Etappes
De energie die nodig is voor anabole reacties, wordt gehaald uit (1)
eiwitten die worden omgezet in aminozuren, lipiden in vetzuren +
glycerol en koolhydraten in monosacchariden. De polymere
moleculen worden dus in etappe 1 omgezet in monomeren
moleculen. Daarna worden (2) aminozuren, glycerol/vetzuren en
monosacchariden omgezet in acetyl-CoA, waarbij een beperkte
hoeveelheid ATP vrijkomt. Als laatste (3) wordt acetyl-CoA omgezet
in CO2 + H20 + ATP. Dit levert de meeste energie op.
Door ATP kan je bewegen, transporteren over membranen en
biosynthese uitvoeren. De mens is chemotroof, wat inhoudt
dat ze hun voedsel moeten oxideren om de negatief geladen
ATP te verkrijgen.
ATP, adenosine trifosfaat
ATP is een adenosine molecuul met 3 fosfaatmoleculen erop gezet,
deze fosfaatmoleculen hebben een negatieve lading -> ATP negatief.
Door per stap 1 fosfaat (Pi) toe te voegen kan van adenosine -> AMP -
> ADP -> ATP plaatsvinden. Soms wordt ATP omgezet tot AMP en
pyrofosfaat (PPi). Dit is een irreversibele reactie, waar meer energie
bij vrijkomt dan de reversibele reactie
(ADP ↔ATP).
• Normale uitwisseling: ADP ↔ATP
• Soms: ATP -> AMP + PPi
• Kunnen in elkaar omgezet worden: AMP + ATP ↔ 2 ADP (myokinase)
• Soms: GTP -> signaaltransductie
CTP -> vetmetabolisme
UTP -> koolhydraatmetabolisme
GTP, CTP en UTP leveren ook net zoveel energie als ATP, maar via een andere route.
Een cel heeft een uiterst geringe hoeveelheid ATP. Elk ATP-molecuul is verbruikt binnen een minuut
na vorming. Het wordt snel verbruikt, maar ook snel aangemaakt.
Energiegunstige en energieongunstige reactie koppelen
Een evenwichtsreactie met een positieve Gibbs vrije energie zal niet zomaar
naar rechts verlopen en zal vooral naar links liggen. Dit is bij een negatieve
Gibbs vrije energie juist andersom. Een energiegunstige reactie (- Gibbs
vrije energie) & een energieongunstige reactie (+ Gibbs) in een evenwichtsreactie zorgt ervoor dat de
totale vrije energie waarschijnlijk negatief is, waardoor de reactie spontaan verloopt.
,Een aantal gefosforyleerde moleculen die energie vertegenwoordigen door de fosfaatverbinding.
Deze energetische koppeling maakt verder metabolisme mogelijk.
ATP staat middenin en kan daarom relatief snel en makkelijk gebruikt en gemaakt worden:
Beschikbare ATP in spieren komt in de tijd bij inspanning van
verschillende bronnen. De langzaamste is door verbranding van voedselmoleculen.
ATP geeft onmiddellijk zijn fosfaat aan AMP wanneer hij verbruikt wordt, zodat weer
ATP gevormd kan worden. Als dit niet meer snel genoeg kan gebeuren kom je in het
aerobe metabolisme. Tijdens een reactie wordt er in het begin meteen veel ATP
gebruikt en is er veel creatine fosfaat die zijn fosfaat afgeeft aan AMP, zodat hier weer
meer ATP uit gemaakt kan worden.
• ATP -> ADP, vindt plaats bij motion, actief transport, biosynthese en signaal
amplificatie
• ADP -> ATP, vindt plaats bij oxidatie van brandstof moleculen en fotosynthese
De twee voornaamste voedselvormen die
verbrandingsenergie vertegenwoordigen zijn
koolhydraten en koolwaterstof (daarnaast nog eiwit).
Elektronen dragers (carriërs)
De elektronentransportketen zorgt dat er iets in de
mitochondriën gebeurt, zodat ATP aangemaakt kan
worden. Elektronen springen niet rechtstreeks over
maar gaan via elektronen carriers.
Oxidatie brandstoffen → elektronen → O2 (levert
ATP). Zuurstof wordt via de elektronen negatief
geladen en kan met protonen omgezet worden tot
water.
,• NAD+ (Nicotine Adenine Dinucleotide) is een co-
enzym en elektronen carrier. Het is een niet-eiwit
hulpstof, komt vrij in cellen voor en reageert met
verschillende enzymen. Het kan gereduceerd en
geoxideerd worden. Een gereduceerd C-atoom heeft
een OH en H, waarvan NAD+ de OH kan veranderen
in een =O. Het resultaat is dat er 2 elektronen vrijkomen, welke NAD+ inneemt.
• FAD (Flavine-Adenine-Dinucleotide) is een prosthetische
groep en een elektronen carrier. Het is ook een niet-eiwit
hulpstof, maar is in tegenstelling tot NAD+ covalent
gebonden aan het enzym. Ook deze kan
gereduceerd/geoxideerd worden. FAD ontvangt 2 protonen
en 2 elektronen van 2 C-atomen.
Elektronendonor
De twee hierboven onttrekken elektronen, maar er zijn ook elektronendonoren:
• NADPH reduceert, wat nodig is voor de synthese van moleculen. NADP+ is vaak geoxideerder
dan de producten (bv. vetzuur- en cholesterolsynthese) en er moet hier dus H+ en e- worden
toegevoegd -> cel moet reduceren. 1 NADPH geeft 2H en 2 e- en kan geen ATP maken. NADH en
FADH kunnen dit wel, omdat ze ATP synthase kunnen stimuleren. De structuur is idem plus
fosfaat en is voornamelijk cytosolisch.
, • Coenzyme A (CoASH) is net als ATP, NAD+,
FAD en NADP+ een zeer belangrijk molecuul.
Coenzyme A kan koppelen aan een substraat
en activeert daardoor het substraat.
Hierdoor kan het vergeleken worden met
fosfaat. De zwavelgroep van dit enzym is het
reactieve deel, draagt acylgroep (C2 tot C20).
Veel CoA-esters veroorzaken een sterk negatieve delta G, dit zorgt ook voor een grote acyl-
overdragende kracht. Hierdoor kan Acetyl-CoA makkelijk omgezet worden tot acetyl en CoA.
Acetyl-CoA + H2O -> Acetaat + CoASH -31,4 kJ/mol
ATP, FAD, NADH, Coenzyme A bestaat allemaal uit adenine, ribose (coenzyme A bevat deze niet),
diphosphate -> legosteentjes biochemie
N.B. Deze geactiveerde moleculen zijn universeel: komen voor bij alle levensvormen
HC 1 – BASIS VAN METABOLISME EN MEMBRANEN
Productie en opslag van energie
Metabolisme of stofwisseling is het geheel van anabole en katabole reacties.
• Anabolisme (opbouwend); energie kostend
• Katabolisme (afbrekend); energie leverend
De hoofdbestanddelen van voedsel zijn: eiwitten, lipiden en
koolhydraten. Deze worden afgebroken tot kleinere moleculen.
Etappes
De energie die nodig is voor anabole reacties, wordt gehaald uit (1)
eiwitten die worden omgezet in aminozuren, lipiden in vetzuren +
glycerol en koolhydraten in monosacchariden. De polymere
moleculen worden dus in etappe 1 omgezet in monomeren
moleculen. Daarna worden (2) aminozuren, glycerol/vetzuren en
monosacchariden omgezet in acetyl-CoA, waarbij een beperkte
hoeveelheid ATP vrijkomt. Als laatste (3) wordt acetyl-CoA omgezet
in CO2 + H20 + ATP. Dit levert de meeste energie op.
Door ATP kan je bewegen, transporteren over membranen en
biosynthese uitvoeren. De mens is chemotroof, wat inhoudt
dat ze hun voedsel moeten oxideren om de negatief geladen
ATP te verkrijgen.
ATP, adenosine trifosfaat
ATP is een adenosine molecuul met 3 fosfaatmoleculen erop gezet,
deze fosfaatmoleculen hebben een negatieve lading -> ATP negatief.
Door per stap 1 fosfaat (Pi) toe te voegen kan van adenosine -> AMP -
> ADP -> ATP plaatsvinden. Soms wordt ATP omgezet tot AMP en
pyrofosfaat (PPi). Dit is een irreversibele reactie, waar meer energie
bij vrijkomt dan de reversibele reactie
(ADP ↔ATP).
• Normale uitwisseling: ADP ↔ATP
• Soms: ATP -> AMP + PPi
• Kunnen in elkaar omgezet worden: AMP + ATP ↔ 2 ADP (myokinase)
• Soms: GTP -> signaaltransductie
CTP -> vetmetabolisme
UTP -> koolhydraatmetabolisme
GTP, CTP en UTP leveren ook net zoveel energie als ATP, maar via een andere route.
Een cel heeft een uiterst geringe hoeveelheid ATP. Elk ATP-molecuul is verbruikt binnen een minuut
na vorming. Het wordt snel verbruikt, maar ook snel aangemaakt.
Energiegunstige en energieongunstige reactie koppelen
Een evenwichtsreactie met een positieve Gibbs vrije energie zal niet zomaar
naar rechts verlopen en zal vooral naar links liggen. Dit is bij een negatieve
Gibbs vrije energie juist andersom. Een energiegunstige reactie (- Gibbs
vrije energie) & een energieongunstige reactie (+ Gibbs) in een evenwichtsreactie zorgt ervoor dat de
totale vrije energie waarschijnlijk negatief is, waardoor de reactie spontaan verloopt.
,Een aantal gefosforyleerde moleculen die energie vertegenwoordigen door de fosfaatverbinding.
Deze energetische koppeling maakt verder metabolisme mogelijk.
ATP staat middenin en kan daarom relatief snel en makkelijk gebruikt en gemaakt worden:
Beschikbare ATP in spieren komt in de tijd bij inspanning van
verschillende bronnen. De langzaamste is door verbranding van voedselmoleculen.
ATP geeft onmiddellijk zijn fosfaat aan AMP wanneer hij verbruikt wordt, zodat weer
ATP gevormd kan worden. Als dit niet meer snel genoeg kan gebeuren kom je in het
aerobe metabolisme. Tijdens een reactie wordt er in het begin meteen veel ATP
gebruikt en is er veel creatine fosfaat die zijn fosfaat afgeeft aan AMP, zodat hier weer
meer ATP uit gemaakt kan worden.
• ATP -> ADP, vindt plaats bij motion, actief transport, biosynthese en signaal
amplificatie
• ADP -> ATP, vindt plaats bij oxidatie van brandstof moleculen en fotosynthese
De twee voornaamste voedselvormen die
verbrandingsenergie vertegenwoordigen zijn
koolhydraten en koolwaterstof (daarnaast nog eiwit).
Elektronen dragers (carriërs)
De elektronentransportketen zorgt dat er iets in de
mitochondriën gebeurt, zodat ATP aangemaakt kan
worden. Elektronen springen niet rechtstreeks over
maar gaan via elektronen carriers.
Oxidatie brandstoffen → elektronen → O2 (levert
ATP). Zuurstof wordt via de elektronen negatief
geladen en kan met protonen omgezet worden tot
water.
,• NAD+ (Nicotine Adenine Dinucleotide) is een co-
enzym en elektronen carrier. Het is een niet-eiwit
hulpstof, komt vrij in cellen voor en reageert met
verschillende enzymen. Het kan gereduceerd en
geoxideerd worden. Een gereduceerd C-atoom heeft
een OH en H, waarvan NAD+ de OH kan veranderen
in een =O. Het resultaat is dat er 2 elektronen vrijkomen, welke NAD+ inneemt.
• FAD (Flavine-Adenine-Dinucleotide) is een prosthetische
groep en een elektronen carrier. Het is ook een niet-eiwit
hulpstof, maar is in tegenstelling tot NAD+ covalent
gebonden aan het enzym. Ook deze kan
gereduceerd/geoxideerd worden. FAD ontvangt 2 protonen
en 2 elektronen van 2 C-atomen.
Elektronendonor
De twee hierboven onttrekken elektronen, maar er zijn ook elektronendonoren:
• NADPH reduceert, wat nodig is voor de synthese van moleculen. NADP+ is vaak geoxideerder
dan de producten (bv. vetzuur- en cholesterolsynthese) en er moet hier dus H+ en e- worden
toegevoegd -> cel moet reduceren. 1 NADPH geeft 2H en 2 e- en kan geen ATP maken. NADH en
FADH kunnen dit wel, omdat ze ATP synthase kunnen stimuleren. De structuur is idem plus
fosfaat en is voornamelijk cytosolisch.
, • Coenzyme A (CoASH) is net als ATP, NAD+,
FAD en NADP+ een zeer belangrijk molecuul.
Coenzyme A kan koppelen aan een substraat
en activeert daardoor het substraat.
Hierdoor kan het vergeleken worden met
fosfaat. De zwavelgroep van dit enzym is het
reactieve deel, draagt acylgroep (C2 tot C20).
Veel CoA-esters veroorzaken een sterk negatieve delta G, dit zorgt ook voor een grote acyl-
overdragende kracht. Hierdoor kan Acetyl-CoA makkelijk omgezet worden tot acetyl en CoA.
Acetyl-CoA + H2O -> Acetaat + CoASH -31,4 kJ/mol
ATP, FAD, NADH, Coenzyme A bestaat allemaal uit adenine, ribose (coenzyme A bevat deze niet),
diphosphate -> legosteentjes biochemie
N.B. Deze geactiveerde moleculen zijn universeel: komen voor bij alle levensvormen
