Summary
CEL 3 energie en metabolisme samenvatting blokboek
- Course
- Institution
Volledige samenvatting van het blokboek van cel 3 van prof. Gettemans.
[Show more]
Seller
Follow
flca56
Content preview
CEL III: energie en metabolisme1 Hoofdstuk 1: inleiding op het metabolisme
1.1 algemene beschouwing
metabolisme = chemische reacties waarbij energie wordt geproduceerd of verbruikt
metabolische routes: lineair (glycolyse) – cyclisch (krebscyclus) – vertakt
katabolisme:
- moleculen afbreken (CO2 /H2O) verbruik O2
- maakt chemische energie vrij voor anabolisme en arbeid (spierbeweging, hersenactiviteit,
celgroei/celdeling).
- vorming intermediairen voor biosynthese
- exergonisch (energie komt vrij) → ATP!
- transfer reducerende equivalenten naar NAD+ en NADP+ → NADH, NADPH + H+
anabolisme:
- synthese complexe moleculen (eiwitten, lipiden, NZ)
- Endergonisch :energie uit ATP / uit reducerende equivalenten (NADPH)
Relatieve verhuiding (afhankelijk van..)
-rode bloedcellen (erythrocyten) en
zenuwweefsel : enkel koolhydraten
- lever (diabeticus): tekort aan koolhydraten →
lipiden metaboliseren
- hart- en skeletspier: energie uit katabole
processen omzetten in mechanische energie
1.2 adenosinetrifosfaat als energiedrager
1.2.1 adenosinetrifosfaat
organismen hebben een voortdurende behoefte aan energie:
- mechanische arbeid te verrichten
- voor transport van moleculen en celcomponenten
- voor de biosynthese van macromoleculen uitgaande van eenvoudiger precursoren
adenosinetrifosfaat ATP -> meestal de drager van vrije energie
Het ATP bestaat uit:
- adenine
- ribose
- trifosfaat-eenheid
- Actieve vorm = altijd met Mg2+
adenine is gekoppeld aan ribose via een glycosidische
binding met vorming van een adenosine (pijl)
3 fosforylgroepen zijn veresterd op de ribose-eenheid
met fosfoanhydrische bindingen
Beta en gamma: energie-rijk
(vrije energie die ontstaat bij hydrolyse is groot)
G° bij splitsing fosfoanhydride binding >> G° fosfaat-ester binding (energierijk stabiele binding!!)
Bvb: 1. fosfaat esters zoals glucose 6-fosfaat: bij splitsing G°’ van 1-3 kcal mol-1
2. energierijke bindingen: G°’ 5-15 kcal mol-1
1
CEL III
, ➔ Synthese ATP/ verbruik ATP is gekoppeld aan de vorming/hydrolyse van de terminale fosfaat
groep(en).
Pi = fosfaatgroep
PPi = pyrofosfaat
*intermezzo: thermodynamische aspecten
Eerste wet van de thermodynamica: energie kan niet gecreëerd worden of vernietigd, maar
verschillende vormen worden in elkaar omgezet, waarbij de totale energie constant blijft.
Tweede wet: entropie (S) = de vorm van energie in een systeem waarmee geen nuttige arbeid kan
worden uitgevoerd. Alle processen evolueren naar een toestand van maximale entropie. Equilibrium
met de omgeving = entropie is maximaal. Vrije energie = dat deel van de totale energie in een
systeem die beschikbaar is om nuttige arbeid te leveren en veranderingen kunnen gemeten worden
1.2.2 definitie van ∆G
G = verandering van de vrije energie (de vrije-energie-inhoud GB en GA is niet meetbaar, het verschil
G = GB – GA is wel te bepalen) = directe maat voor de hoeveelheid wanorde gecreëerd wordt als
gevolg van bepaalde chemische reactie
G < 0 G > 0 G = 0
Reactie is spontaan Niet spontaan proces Evenwicht
= exergonisch proces (energie = endergonisch proces (energie
vrijgesteld) geabsorbeerd)
➔ G bepaalt reactie evenwicht, niet snelheid
G van de reactie hangt af van: A <-> B
- De natuur van de reagentia A en B
- De concentraties van A & B
➔ G = G + 2,303.RT.log Kev (Kev = B/A -> evenwichtsconstante)
bij evenwicht (G = 0) : G = - 2,303.RT.log Kev
Kev < 1 = endergonisch Kev > 1 = exergonisch -> G < 0 -> aflopende reacties
1.2.3 definitie van ∆G° en ∆G°’
proces onder standaardcondities: componenten van reactie moeten in standaardtoestand voor
komen: vaste stoffen & vloeistoffen zuivere component, gassen 1 atomosfeer, andere moleculen 1
molaire concentratie
veel biochemische reacties betrekken een H+ in de reactie -> [H+ ] = 1 M → pH = 0 ?in de cel pH = 7
➔ gewijzigde standaardtoestand: [H+ ] = 10-7 M (pH = 7) -> → G’
! concentratie van water blijft ongewijzigd: +/- 55,5 M !
ATP + H2O ⇄ ADP + Pi + H+ + H2O
K'ev = 2,23.105 G' = - 2,303 RT . log K'ev
G' - 31 kJ/mol = -7.5 kcal/mol (1M reagentia en producten)
1.2.4 de fysiologische ∆G
Actuele concentraties in cel = mM !
Bvb. spiercel: [ATP] 8,50 mM [ADP] 0,25 mM (0.93) [Pi] 2,60 mM (8.1)
2
CEL III
,Werkelijke vrije energie van ATP-hydrolyse in een spiercel ligt 76% hoger dan de standaard energie
van hydrolyse -> verschillend naargelang het weefsel
1.2.5 activeringsenergie
De snelheid waarmee reacties plaatsvinden, is afhankelijk van de activeringsenergie die op haar beurt
bepaald wordt door de aanwezigheid van een katalysator, enz.
1.2.6 koppeling van reacties
- Bij metabolische cascades: vrije energie veranderingen additief
- A → B → C → D: G°’ (A-D) = G°’ (A→ B) + G°’ (B → C) + G°’ (C → D)
- Als som G°’ negatief is → reactie aflopend
- !! reacties met positieve G kunnen niet spontaan verlopen tenzij ze gekoppeld worden aan
een andere met een negatieve G, zodat totale G negatief is!! -> mechanisme dat beide
reacties koppelt: enzym
- In biochemische reacties wordt een reactie met positieve G gekoppeld aan splitsing ATP:
A + B ⇄ A - B met G' > 0 (+ 4 kcal/mol)
A + ATP ⇄ A ~ P + ADP
A ~ P + B ⇄ AB + P
Het intermediair A ~ P wordt gevormd en opnieuw afgebroken terwijl het nog gebonden is op het
oppervlak van het enzym
Totaal reactie: B + A + ATP ⇄ AB + Pi + ADP
totale G’: A + B ⇄ AB G’ = +4 + (-7.3) (ATP splitsing) = -3.3 kcal/mol
sommige biosynthetische reacties worden gedreven door andere nucleotiden: guanosinetrifosfaat
(GTP), uridinetrifosfaat (UTP), cytidinetrifosfaat (CTP)
GMP + ATP ⇄ GDP + ADP GDP + ATP ⇄ GTP + ADP
voor veel biochemische reacties is de inbreng van energie via γ-fosfaat-afsplitsing onvoldoende
Eerst ontstaat het AMP-derivaat + PPi
Het gevormde pyrofosfaat wordt gehydrolyseerd
tot orthofosfaat met vrijstellen van additionele
energie
Door de hydrolyse tot vrij fosfaat wordt het PPi
➔ A + B + ATP + H2O ⇄ 2Pi + A - B + AMP verwijdert en wordt de reactie verder gedreven
Tweede manier om deze hoge energie vrij te
stellen; via de vorming van pyrofosfaatadduct
3
CEL III
, 1.2.7 calorische waarde van voedingssubstanties (specifieke energie, energetische waarde)
C6H12O6 + 6 O2 → 6 CO2 + 6 H2O ∆G0’ = –686.000 cal/mol
➔ deel van deze energie wordt gecapteerd in de vorming van 38 moleculen ATP
koolhydraten en proteïnen: calorische waarde van 3-4 kcal/g -> lipiden 3x zo hoog -> te maken met
oxidatietoestand; C atomen in koolhydraten zijn meer geoxideerd dan C in lipiden -> bij de afbraak
van lipiden worden bijna 3x meer reducerende equivalenten geëxtraheerd dan bij koolhydraten
1.2.8 ATP als energiedrager
- energiedrager, geen opslag.
- rustend persoon: ± 40 kg ATP per dag -> zware oefening 0,5 kg ATP/min
- Per dag: 100-150 mol ATP gehydrolyseerd
- Iedere ATP molecule: 1000-1500 keer per dag gerecycleerd
- ADP + ADP ⇄ ATP + AMP katalysator: adenylaat kinase (myokinase)
- vorming ATP: oxidatieve fosforylatie – planten: fotofosforylatie
- ATP: fosfaatgroepdonor ADP: fosfaatgroepacceptor
De redenen voor het actieve karakter:
1) De fosfaatrest is bij pH 7,0 geïoniseerd
Veroorzaakt een sterke elektrostatische afstoting -> wanneer de structuur wordt gesplitst dan kom de
repulsie-energie vrij en draagt ze bij tot een totale negatieve ∆G
2) Een verdere bijdrage komt van de resonantie van de reactieproducten
Hoe meer resonantievormen, hoe stabieler -> ATP heeft minder resonantiestructuren dan de som
ADP + Pi dus de gesplitste vorm wordt gestabiliseerd
3) Omdat het vrijgestelde H+ in het milieu opgenomen wordt, zal de reactie, door het
voortdurend wegnemen van H+, ook naar rechts gedreven worden
1.3 andere energierijke verbindingen
Andere moleculen kunnen een fosfaatgroep aan ADP afstaan (hogere fosforyl-groep transfer
potentiaal)
1.3.1 enolfosfaten
Fosfo-enolpyruvaat:
De hoog-onstabiele enol-vorm wordt
gestabiliseerd door de fosfaatrest
Het onstabiele enol vh pyruvaat tautomeriseert
tot de stabielere ketovorm (eigenlijke pyruvaat)
➔ elke eigenschap die stabiliteit verleent aan een hydrolyseproduct is bepalend voor de hoge
energie-inhoud van de verbinding
1.3.2 fosfocarbonzuuranhydriden
∆G0’ = –10,1 kcal/mol
Bijvoorbeeld: acetylfosfaat
4
CEL III
, 1.3.3 fosfoguanidinen
∆G0’ = –10,3 kcal/mol
Bijvoorbeeld: creatinefosfaat
Creatinefosfaat bezit talrijke resonantiestructuren maar na hydrolyse bevatten de reactieproducten
samen meer resonantiestructuren (stabilisatie)
Deze drie verbindingen bezitten een hogere fosfaatgroep-transferpotentiaal dan ATP (zie figuur 1.2).
Ze kunnen ATP genereren uit het ADP.
1.4 de energiestatus van de cel
- metabolische reacties worden gecontroleerd door energiestatus
- energielading =
- Bij 0 is alles AMP; bij 1 is alles ATP, meestal tussen 0,8 en 0,95
ATP-genererende wegen geïnhibeerd door hoge
energielading, ATP-consumerende wegen
gestimuleerd door hoge energielading
(AXP = allostere regulatoren)
1.5 biochemische oxidatie-reductie
1.5.1 inleiding tot de oxidatie-reductiereacties
Metabole reacties: transfer van elektronen
- Afgeven elektronen = oxidatie
- Opnemen elektronen = reductie
oxidatie steeds gekoppeld aan reductie
5
CEL III
, - biologische redoxreacties = wegnemen of toevoegen van H-atomen (proton + elektron)
bv succinaat oxidatie →
fumaraat : verlies 2H+ + 2e-
waar komen H+ en e- terecht?
FAD → FADH2 : gereduceerd
-> NAD+ , NADP+ , FAD: centrale
elektronendragers
1.5.2 biochemische elektrondragers
bij aerobe organismen worden de elektronen opgenomen door O2, dit gebeurt via elektrondragers
(pyridinenucleotiden of flavinen). De gereduceerde vormen van deze dragers transfereren hun hoog-
potentiaalelektron naar het O2 door middel van elektronentransportketen. Daarbij wordt via een
complex proces uit ADP Pi en ATP gevormd = oxidatieve fosforylatie (hoofdbron voor ATP)
1.5.2.1 nicotinamide-adeninedinucleotide (NAD+)
R is H bij NAD+ en een fosfaatgroep bij NADP+
Het reactieve deel van het NAD+ ligt in de nicotinamide-
functie: een hydride ion (H:–1) wordt getransfereerd naar
de gepolariseerde nicotinamide-groep
NAD+ is de elektronenacceptor in reacties van het type:
Bv oxidatie van een alcohol naar een aldehyde (enkel het nicotinamide wordt getoond)
Een hydride ion (H:–1) wordt getransfereerd op een NAD+, terwijl een H+ ontsnapt in het medium. De
eindbalans is: R – CH2 – OH + NAD+ ⇄ R – CHO + NADH + H+
6
CEL III
The benefits of buying summaries with Stuvia:
Guaranteed quality through customer reviews
Stuvia customers have reviewed more than 700,000 summaries. This how you know that you are buying the best documents.
Quick and easy check-out
You can quickly pay through credit card or Stuvia-credit for the summaries. There is no membership needed.
Focus on what matters
Your fellow students write the study notes themselves, which is why the documents are always reliable and up-to-date. This ensures you quickly get to the core!
Frequently asked questions
What do I get when I buy this document?
You get a PDF, available immediately after your purchase. The purchased document is accessible anytime, anywhere and indefinitely through your profile.
Satisfaction guarantee: how does it work?
Our satisfaction guarantee ensures that you always find a study document that suits you well. You fill out a form, and our customer service team takes care of the rest.
Who am I buying these notes from?
Stuvia is a marketplace, so you are not buying this document from us, but from seller flca56. Stuvia facilitates payment to the seller.
Will I be stuck with a subscription?
No, you only buy these notes for $11.76. You're not tied to anything after your purchase.
Can Stuvia be trusted?
4.6 stars on Google & Trustpilot (+1000 reviews)
67474 documents were sold in the last 30 days
Founded in 2010, the go-to place to buy study notes for 14 years now