Samenvatting
Samenvatting Biochemie: Metabolisme I (BCBT, bach2)
- Instelling
- Universiteit Gent (UGent)
samenvatting voor BCBT bach (voor goedkopere prijs stuur via messenger)
[Meer zien]Voorbeeld 10 van de 82 pagina's
Voorbeeld 10 van de 82 pagina's
In winkelwagen
Voorbeeld van de inhoud
BIOCHEMIE:METABOLISME I
SAMENVATTING
Jarne Winderickx
,1. Herhaling en verdieping van aspecten rond enzymatische
mechanismen............................................................................ 7
1.1 Inleiding.....................................................................................7
1.2 Specificiteit van enzymen............................................................7
1.2.1 Substraatspecificiteit..........................................................................................7
1.2.2 Geometrische specificiteit...................................................................................7
1.2.3 Stereospecificiteit...............................................................................................7
1.3 Cofactoren.................................................................................7
1.4 Transitietoestand theorie............................................................8
1.5 Enzymatische mechanismen........................................................8
1.5.1 Zuur base katalyse.............................................................................................. 8
1.5.2 Covalente katalyse..............................................................................................9
1.5.3 Metaalion katalyse..............................................................................................9
1.5.4 Andere................................................................................................................ 9
1.6 Enzymkinetiek............................................................................9
1.6.1 chemische kinetiek.............................................................................................9
1.6.2 Michaelis-Menten kinetiek...................................................................................9
1.7 Bisubstraat reacties..................................................................10
1.7.1 Sequentiële reacties......................................................................................... 10
1.7.2 Pingpong reacties.............................................................................................. 10
1.8 Inhibitie en regulatie.................................................................10
1.8.1 Competitieve inhibitie.......................................................................................11
1.8.2 Niet-competitieve inhibitie................................................................................11
1.8.3 Gemengde inhibitie........................................................................................... 11
1.9 Geneesmiddelen: HIV remmers..................................................11
1.10 Regulatie................................................................................11
1.10.1 Controle op niveau van enzymgehalte............................................................12
1.10.2 Regulatie op conformationele / structurele niveau..........................................12
1.10.2.1 Allosterische regulatie..............................................................................12
1.10.2.2 Covalente modificaties.............................................................................12
1.10.2.3 Overgang van T naar R toestand: allosterische en covalente regulaties...12
2.Hormonen en signaaltransductie...........................................12
2.1 Signaalmoleculen......................................................................13
2.2 Hormoonsignalisatie.................................................................13
2.2.1 Functies............................................................................................................. 13
2.3 Hormoon-klassen......................................................................13
2.3.1 Pancreatische hormonen...................................................................................13
2.3.2 Cathecholamines: Epinefrine en norepinefrine (adrenaline en nonadrenaline...14
2.3.3 Steroïde hormonen........................................................................................... 14
2.3.4 Groeihormonen (GH)......................................................................................... 14
2.4 Binding van hormonen aan receptoren geeft aanleiding tot
signaalcascaden.............................................................................14
2.4.1 Receptor tyrosine kinasen.................................................................................14
2.4.1.1 Proteïne fosfatasen.....................................................................................14
2.4.3 G-proteïne gekoppelde receptoren / GPCR........................................................15
1
, 2.5 Adenylaat cyclase pathway........................................................15
2.5.1 cAMP................................................................................................................. 15
2.5.2 PKA / proteïne kinase A.....................................................................................15
2.5.3 Remming van adenylaat cyclase.......................................................................16
2.6 Fosfoïnositide pathway.............................................................16
2.6.1 Calmoduline...................................................................................................... 16
3. Inleiding van het metabolisme..............................................16
3.1 Cellulaire energiewinning..........................................................16
3.2 Metabole pathways...................................................................17
3.2.1 NADH vs NADPH................................................................................................ 17
3.2.2 Rol van enzymen............................................................................................... 17
3.2.3 Cellulaire locatie............................................................................................... 17
3.2.4 Lactaat dehydrogenase.....................................................................................18
3.2.5 Algemene kenmerken.......................................................................................18
3.3 Thermodynamische aspecten.....................................................18
3.3.1 Regulatie: 3 vormen.......................................................................................... 18
3.4 Hoogenergetische verbindingen................................................18
3.4.1 ATP / adenosine trifosfaat.................................................................................19
3.4.2 Andere verbindingen......................................................................................... 19
3.5 Redoxreacties...........................................................................20
3.5.1 Thermodynamische aspecten...........................................................................20
3.6 Experimentele benaderingen om metabolisme te bestuderen......20
4. Suikermetabolisme: glucose katabolisme..............................21
4.1 De eerste 5 reactiestappen: vorming 2 molc GAP........................21
4.1.1 Reactie 1: hexokinase (HK)...............................................................................21
4.1.2 Reactie 2: Fosfogluco isomerase (PGI)..............................................................22
4.1.2.1 Mechanisme............................................................................................... 22
4.1.2.2 enzymenspecificiteit van PGI......................................................................22
4.1.3 Reactie 3: Fosfofructokinase (PFK)....................................................................22
4.1.4 Reactie 4: Splitsingsreactie / Aldolase...............................................................23
4.1.4.1 mechanisme voor klasse I..........................................................................23
4.1.4.2 Klasse II...................................................................................................... 24
4.1.5 Reactie 5: Triosefosfaat isomerase (TIM) / tussenreactie...................................24
4.1.5.1 mechanisme............................................................................................... 24
4.1.6 Recap................................................................................................................ 24
4.2 De volgende 5 reactiestappen (alles wat volgt x2: 2 molc GAP). . .24
4.2.1 Reactie 6: Glyceraldehyde-3-fosfaat dehydrogenase........................................24
4.2.1.1 Experimenten............................................................................................. 24
4.2.1.2 Mechanisme............................................................................................... 25
4.2.2 Reactie 7: fosfoglyceraat kinase (PGK)..............................................................25
4.2.3 Reactie 8: fosfoglyceraat mutase (PGM)...........................................................26
4.2.3.1 Mechanisme............................................................................................... 26
4.2.3.2 Rode bloedcellen (RBC)..............................................................................26
4.2.4 Reactie 9: enolase............................................................................................. 27
4.2.5 Reactie 10: pyruvaat kinase (PK)......................................................................27
4.3 Glycolyse: besluiten..................................................................27
4.4 Vervolgstappen: regeneratie NAD+............................................27
4.4.1 Homolactische fermentatie...............................................................................27
2
, 4.4.2 Alcohol fermentatie........................................................................................... 28
4.4.2.1 Pyruvaat decarboxylase (PDC)....................................................................28
4.4.2.2 Alcohol dehydrogenase (ADH)....................................................................28
4.4.3 Pasteur effect.................................................................................................... 29
4.5 Aerobe processen: skip.............................................................29
4.6 Wit vs rood vlees: lees dia 76 -77...............................................29
4.7 Controle van glycolyse..............................................................29
4.7.1 Fosfofructokinase (PFK) + regulatie door ATP...................................................29
4.7.1.2 Rol van AMP................................................................................................ 30
4.7.1.2 Substraat cycling........................................................................................30
4.7.2 Glucosetransport............................................................................................... 31
4.7.3 Rol van hexokinase........................................................................................... 31
4.7.4 glycolyse en kanker: bekijk dia 34-36...............................................................31
4.8 Metabolisme van andere hexosesuikers.....................................31
4.8.1 Fructose............................................................................................................ 31
4.8.1.1 Fructose pathway in lever...........................................................................31
4.8.1.2 Regulatie + deficiënties..............................................................................32
4.8.2 Galactose.......................................................................................................... 32
4.8.2.1 Mechanisme............................................................................................... 32
4.8.2.2 Regulatie + deficiënties..............................................................................33
4.8.3 Mannose........................................................................................................... 33
4.9 Pentosefosfaat pathway / Shunt (belangrijk)..............................33
4.9.1 Pathway in 3 stappen........................................................................................33
4.9.1.1 Eerste stap: oxidatieve reacties leveren NADPH en ribulose-5-P................33
4.9.1.2 Tweede stap: Isomerisatie + epimerisatie van ribulose-5-P........................34
4.9.1.3 Derde stap: C-C splitsingen + herschikkingen die C5 suikers omzetten in C6
en C3 suikers.......................................................................................................... 34
4.9.2 Regulatie........................................................................................................... 34
4.9.3 Deficiëntie van G6P dehydrogenase.................................................................35
5. Glycogeenmetabolisme + Gluconeogenese............................35
5.1 Inleiding...................................................................................35
5.2 Glycogeen: chemie....................................................................36
5.3 Glycogeen: afbraak...................................................................36
5.3.1 Glycogeen fosforylase.......................................................................................36
5.3.1.1 Glycogeen-bindingsplaats...........................................................................37
5.3.1.2 Cofactor: pyridoxaal-5-P / PLP.....................................................................37
5.3.1.3 Mechanisme van enzym.............................................................................38
5.3.1.4 Allosterische en covalente regulatie...........................................................38
5.3.2 Glycogeen debranching enzym.........................................................................39
5.3.3 Fosfoglucomutase............................................................................................. 39
5.4 Glycogeen: synthese.................................................................39
5.4.1 UDP-glucose pyrofosforylase.............................................................................39
5.4.2 Glycogeen synthase.......................................................................................... 39
5.4.2.1 Regulatie.................................................................................................... 39
5.4.2.2 Keteninitiatie via glycogenine.....................................................................40
5.4.3 Branching enzym.............................................................................................. 40
5.5 Defecten in het glycogeenmetabolisme: stapelingsziekten..........40
5.6 Controle van het glycogeenmetabolisme....................................40
3
, 5.6.1 Allosterische controle........................................................................................40
5.6.2 Covalente controle: fosforylatie........................................................................41
5.6.3 Hoe wordt fosforylase geactiveerd....................................................................41
5.6.3.1 Proteïne kinase A (PKA)..............................................................................41
5.6.3.2 Fosforylase kinase (Phk).............................................................................41
5.6.3.3 Fosfoproteïne fosfatase I (PP1)...................................................................42
Regulatie in spieren............................................................................................ 42
Regulatie in lever................................................................................................ 43
5.6.3.4 Regulatie glycogeen synthase....................................................................43
5.6.4 Hormonale controle........................................................................................... 43
5.6.4.1 Lever.......................................................................................................... 44
5.6.4.2 Spier........................................................................................................... 45
5.6.5 Diabetes............................................................................................................ 45
5.7 Gluconeogenese.......................................................................45
5.7.1 Pathway............................................................................................................ 46
5.7.1.1 Reactie 1: omzetting van pyruvaat tot fosfoenolpyruvaat (PEP).................46
5.7.1.2 Andere bypassreacties................................................................................47
5.7.1.3 Alle andere reacties....................................................................................48
5.7.1.4 Algemeen................................................................................................... 48
5.7.2 Cellulaire lokalisatie.......................................................................................... 48
5.7.3 Regulatie ban gluconeogenese.........................................................................49
5.7.3.1 F26BP......................................................................................................... 49
5.7.3.2 Andere allosterische effectoren..................................................................50
5.7.3.3 Genetische controle....................................................................................50
6. Citroenzuurcyclus................................................................50
6.1 Inleiding...................................................................................50
6.2 Overzicht citroenzuurcyclus / CTZ..............................................50
6.3 Kenmerken...............................................................................50
6.4 Vooraf: synthese acetyl-coenzyme A / acetyl-CoA........................51
6.4.1 Multi-enzym complex: Pyruvaatdehydrogenase-complex..................................51
6.4.1.1 Pyruvaatdehydrogenase / E1......................................................................51
6.4.1.2 Dihydrolipoyltransacetylase / E2.................................................................52
6.4.1.3 E2 katalyseert een transesterificatie reactie...............................................52
6.4.1.4 Regeneratie E2 door dihydrolipoyldehydrogenase / E3...............................52
6.4.1.5 Regeneratie E3 + eiwitstructuur E3............................................................53
6.4.2 Hoe reactie-intermediairen van E2 naar E1 en E3 doorgeven...........................53
6.5 Redoxreacties in CTZ................................................................53
6.5.1 Reductiepotentiaal van FAD..............................................................................54
6.6 Enzymen van CTZ......................................................................54
6.6.1 enzym 1: Citraatsynthase.................................................................................54
6.6.1.1 Reactiemechanisme...................................................................................54
6.6.2 Enzym 2: Aconitase........................................................................................... 55
6.6.2.1 Mechanisme............................................................................................... 55
6.6.3 enzym 3: Isocitraatdehydrogenase...................................................................55
6.6.4 enzym 4: -ketoglutaraat dehydrogenase (multi-enzymcomplex)......................55
6.6.5 enzym 5: Succinyl-CoA synthetase...................................................................56
6.6.6 enzym 6: Succinaatdehydrogenase...................................................................57
6.6.7 enzym 7: Fumarase / fumaraathydratase..........................................................57
6.6.8 Malaatdehydrogenase.......................................................................................57
6.7 Energie balans..........................................................................57
4
, 6.8 Regulatie van de CTZ................................................................57
6.8.1 Regulatie van pyruvaatdehydrogenase.............................................................58
6.8.1.1 Productinhibitie door acetyl-CoA + NADH...................................................58
6.8.1.2 Covalente modificatie van E1.....................................................................58
6.8.1.2 Andere regulatoren.....................................................................................58
6.8.2 Hartspieren....................................................................................................... 58
6.8.3 Snelheidsbepalende enzymen van de CTZ........................................................59
6.8.3.1 Additionele regulatorische mechanismen...................................................59
6.9 Reacties gerelateerd aan CTZ....................................................59
6.9.1 Kataplerotische reacties....................................................................................60
6.9.2 Anaplerotische reacties.....................................................................................60
6.9.3 Vetten omzetten tot suikers?............................................................................61
6.10 Glyoxylaatcyclus.....................................................................61
7. Mitochondriale ATP synthese................................................62
7.1 Elektronentransfer en oxidatieve fosforylatie.............................62
7.2 Mitochondriën en transporters..................................................62
7.2.1 Transportsystemen............................................................................................ 62
7.3 Elektronentransport..................................................................63
7.3.1 Thermodynamica.............................................................................................. 63
7.3.2 Elektronentransportketen / ETC.........................................................................63
7.3.3 Complex I: NADH-coenzyme Q oxidoreductase)................................................64
7.3.3.1 Cofactoren van complex I...........................................................................64
7.3.3.2 Mechanisme van H+ translocatie van complex I........................................65
7.3.4 Complex II: succinaat-coenzyme Q oxidoreductase..........................................66
7.3.5 Complex III: coenzyme-Q-cytochroom c oxidoreductase...................................67
7.3.5.1 Q-cyclus: e-transport en H+ translocatie van complex III...........................67
7.3.5.2 Cytochroom c............................................................................................. 68
7.3.6 Complex IV: cytochroom c oxidase....................................................................69
7.3.7 Oxidatieve fosforylatie......................................................................................71
7.3.7.1 ATP synthase / complex V / F1F0-ATPase....................................................72
Translocatie H+ doorheen F0 subeenheid...........................................................73
ATP synthese: 3 katalytische promotors (3 paren)..............................................73
Koppeling beide stappen.....................................................................................74
7.3.7.2 P/O verhouding: hoeveel ATP vormen per 2 elektronen afkomstig van NADH
............................................................................................................................... 74
7.4 Controle op oxidatieve fosforylatie............................................74
7.5 Controle op oxidatief metabolisme.............................................75
8. Fotosynthese.......................................................................76
8.1 Chloroplasten...........................................................................76
8.2 Stap 1: Captatie van licht..........................................................76
8.3 Stap 2: Lichtreacties.................................................................77
8.3.1 Gebruik van licht............................................................................................... 77
8.3.1.1 Fotosynthese planten en cyanobacteriën: Z-schema..................................78
8.4 Donkerreacties / calvin cyclus (niet cyclus vanbuiten kennen).....81
5
,6
,1. HERHALING EN VERDIEPING VAN ASPECTEN ROND ENZYMATISCHE
MECHANISMEN
1.1 INLEIDING
Enzymen = katalytische eiwitten + onderscheiding chemische
katalysatoren: 1) hogere reactiesnelheden 2) mildere
reactieomstandigheden (fysiologisch milieu) 3) hoge specificiteit 4)
regulatie
7 klassen enzymen:
o Oxidoreductasen: katalyseren redox reacties
o Transferasen: functionele groepen verplaatsen
o Hydrolasen: hydrolyse reacties (= H2O verbruikt voor binding te
splitsen)
o Lyasen: dubbele binding vormen + groepen elimineren
o Isomerasen: isomerisatie
o Ligasen: binding maken (energie uit ATP hydrolyse)
o Translocases: ATP gedreven transport doorheen membraan
1.2 SPECIFICITEIT VAN ENZYMEN
1.2.1 SUBSTRAATSPECIFICITEIT
Substraten / reagentia moeten in actief centrum (= AZ die zorgen voor
substraat binding) van enzym geraken te groot = niet passen geen
reactie
2 soorten van binding: sleutel-slot model en induced-fit model
o Sleutel-slot: enzym + substraat passen perfect
o Induced-fit: enzym of substraat ondergaat conf verandering bij
naderen van substraat substraat toch passen
Substraatbinding via H-bruggen, van der waals interacties, elektrostatische
interacties,…
o Binden op groeve op het oppervlak van enzym (= actief centrum) +
vorm van groeve = mooi inpassen (geometrische
complementariteit) en maximale interacties (elektrostatische
complementariteit)
1.2.2 GEOMETRISCHE SPECIFICITEIT
Bv: glucose en mannose 1 OH die axiaal (mannose) of equatoriaal
(glucose) staat glucokinase bijna niet (= +++traag) reageren met
mannose
1.2.3 STEREOSPECIFICITEIT
Bv: L en D AZ bepaalde enzymen (bv: L-Alanine oxidase) herkent alleen
L-alanine, reactie met D gebeurt 1000x trager
1.3 COFACTOREN
2 soorten: metaal ionen en co-enzymen
o Co-enzym = organische stof / mix van organische en anorganische
stoffen + 2 soorten: co-
7
, o substraten en prosthetische groepen (= covalent gebonden, bv:
Heem-groep)
2 soorten enzymen: apo-enzymen (= niet gebonden aan cofactor) en
holo-enzymen (= gebonden aan cofactor)
Bv: NAD+ - NADH (= co-substraat) (geoxideerde vorm – gereduceerde
vorm)
1.4 TRANSITIETOESTAND THEORIE
Theorie: reagentia + reactieproducten = minimale energie + tijdens
reactie ontstaat hoogenergetische transitietoestand (+ hoogte bepaalt
snelheid van reactie)
o Door zeer energetische transitietoestand #molc zeer klein
vormen van transitietoestand = snelheidsbepalend
Bij een 2stap mechanisme: 2 transitietoestanden waartussen een
intermediair aanwezig is
Nut katalysatoren / enzymen verlagen activeringsenergie (= energie
voor transitietoestand te bereiken) meer molc voldoende energie
(kinetische) om energie barrière te overwinnen reactie sneller
1.5 ENZYMATISCHE MECHANISMEN
Enzymen? …
o 1) transitietoestand stabieler maken: functionele groepen van AZ
interactie met substraten bindingen met transitietoestand
(negatieve ladingen neutraliseren,…) stabilisatie
1.5.1 ZUUR BASE KATALYSE
Transitietoestand = veel – ladingen / gepolariseerd molc tussenkomst
van basische +/ zure zijketens neutraliseren + stabiliseren: door H+ over
te brengen (MAAR H+ op einde terug op eiwit netto geen verandering
van enzym)
Algemene zuurkatalyse en algemene basekatalyse: zie org chemie
Mogelijkheid om in zuur-base katalyse op te treden afh. van pK van AZ
o Indien pH = pK zuur geprotonneerd geen base-eigenschappen
o AZ in actief centrum = pH afhankelijk optimum bij 7 (zuur
protonatie, basisch deprotonatie)
Bv RNAseA = breekt RNA af + geproduceerd in pancreas + vertering van
RNA in voedsel
o Eigenschappen: 1) katalytische activiteit afh. pH en 2) RNA
omzetten naar cyclisch intermediair
Werking RNase A
o 1) H+ wegtrekken van 2’OH door histidine (His) (= base)
o 2) 2’O- valt fosfodiëster aan P-O wordt gebroken cyclisch
nucleotide ontstaat + 5’O- ontstaat
o 3) 5’O- neutraliseert door weg trekken van H van His (andere His)
(=zuur)
o 4) H+ wordt van H2O getrokken door His (stap 3)
o 5) OH- valt cyclische nucleotide aan thv P=O breken van binding
in 2
o 6) ontstane 2’O- trekt H+ weg van His (stap 1)
8
, 1.5.2 COVALENTE KATALYSE
Tijdelijk covalente binding tssn sub + enzym via nucleofiele substitutie
(elektron rijke groep van enzym doneert elektronen aan elektron arme
groep van sub)
Bv: vorming van imine
Meestal meerstapsmechanismen intermediair = enzym-substraat
complex
1.5.3 METAALION KATALYSE
Bij redox reacties + metaalion (Fe2+, Fe3+, Cu2+, Mn2+,…) in actief
centrum
Rol metaalion:
o Directe binding aan sub
o Gemakkelijk van oxidatietoestand veranderen handig bij redox
o Stabilisatie van – ladingen (metaalionen efficiënter dan + geladen
zijketens geen pH afh.)
Bv: carbonzuur anhydrase
1.5.4 ANDERE
Elektrostatische katalyse
Proximiteit en oriëntatie-effecten
o Zorgen voor:
Contact brengen van sub
Goeie oriëntatie van sub
Stabiliseren geladen groepen in transitietoestand
Beperken translationele + rotationele bewegingen
o Enzym vervormt sub beter in actief centrum conc van sub in
transitietoestand groter reactie versnellen
Structuur enzym mechanisme gaan afleiden
1.6 ENZYMKINETIEK
1.6.1 CHEMISCHE KINETIEK
Verondersteld al gekend
1.6.2 MICHAELIS-MENTEN KINETIEK
Enzymkinetiek = kwantitatieve benadering hoe snel wordt een sub
omgezet? Hoe efficiënt is een inhibitor? …
Helpt om flux te bepalen (= tempo waarmee sub omgezet wordt door de
traagste stap)
Betrokkenheid van enzymen: conc(E) <<< conc(S) waarbij E + S ES(=
intermediair) E + P
o Al het enzym = ES snelheidsbepalende stap = ES E + P en
snelheid = k2 * conc(ES)
o MAAR conc(ES) meten kan niet 2 veronderstellingen
9
Voordelen van het kopen van samenvattingen bij Stuvia op een rij:
√ Verzekerd van kwaliteit door reviews
Stuvia-klanten hebben meer dan 700.000 samenvattingen beoordeeld. Zo weet je zeker dat je de beste documenten koopt!
Snel en makkelijk kopen
Je betaalt supersnel en eenmalig met iDeal, Bancontact of creditcard voor de samenvatting. Zonder lidmaatschap.
Focus op de essentie
Samenvattingen worden geschreven voor en door anderen. Daarom zijn de samenvattingen altijd betrouwbaar en actueel. Zo kom je snel tot de kern!
Veelgestelde vragen
Wat krijg ik als ik dit document koop?
Je krijgt een PDF, die direct beschikbaar is na je aankoop. Het gekochte document is altijd, overal en oneindig toegankelijk via je profiel.
Tevredenheidsgarantie: hoe werkt dat?
Onze tevredenheidsgarantie zorgt ervoor dat je altijd een studiedocument vindt dat goed bij je past. Je vult een formulier in en onze klantenservice regelt de rest.
Van wie koop ik deze samenvatting?
Stuvia is een marktplaats, je koop dit document dus niet van ons, maar van verkoper jarnewinderickx. Stuvia faciliteert de betaling aan de verkoper.
Zit ik meteen vast aan een abonnement?
Nee, je koopt alleen deze samenvatting voor €6,49. Je zit daarna nergens aan vast.
Is Stuvia te vertrouwen?
4,6 sterren op Google & Trustpilot (+1000 reviews)
Afgelopen 30 dagen zijn er 73918 samenvattingen verkocht
Opgericht in 2010, al 14 jaar dé plek om samenvattingen te kopen