Molecular biology of the cell
Chapter 2 (page 51)
CATALYSIS AND THE USE OF ENERGY BY CELLS
- Cell Metabolism Is Organized by Enzymes
De meeste chemische reacties vinden alleen plaats bij hele hoge temperaturen. De
temperatuur in cellen is dus te laag. In cellen kan een reactie toch op gang gebracht worden
met behulp van een catalyst. Dit zijn bijna altijd enzymen alleen bij RNA katalysatie wordt het
ribozymen genoemd. Enzym gekatalyseerde reacties zijn zo opgebouwd, dat het
reactieproduct van de ene reactie, het substraat vormt van de volgende reactie.
Twee soorten chemische reacties kunnen plaatsvinden in de cel:
1) De catabolic pathways; hier worden voedingsmiddelen
opgebroken in kleinere moleculen. Wat een goede levering
van energy vormt voor de cel en het kan dienen als
opbouwmateriaal voor onderdelen in de cel.
2) Het anabolic/biosynthetic pathway; gebruiken de kleine
moleculen en de verkregen energie om de synthese van
moleculen op gang te brengen waarbij andere moleculen
worden gevormd.
Deze twee reacties vormen het metabolisme van de cel.
- Biological Order Is Made Possible by the Release of Heat Energy from Cells (page 52)
De neiging van het universum om gedesorganiseerd te raken is een fundamentele wet in de
natuurkunde, genaamd the second law of thermodynamics. De wet houdt in dat de
desoriëntatie in een geïsoleerd systeem altijd zal toenemen. De mate van wanorde in een
systeem kan worden aangeduid met entropy. Hoe meer wanorde, hoe meer entropy.
Hoe kan het dan dat het lijkt dat een cel georganiseerd is? Dit is omdat het geen geïsoleerd
systeem is. Het gebruikt energie uit voedsel en fotonen uit licht om zichzelf te organiseren.
Toch voldoet aan de wet van thermodynamica omdat het bij dit proces warmte afgeeft en dit
veroorzaakt meer entropy.
1
,Een andere belangrijke wet is the first law of thermodynamics. Deze wet geeft aan dat
energie kan worden omgezet van de ene vorm in de andere vorm. Maar het kan niet zomaar
ontstaan of verdwijnen.
- Cells Obtain Energy by the Oxidation of Organic Molecules (page 54)
Alle dierlijke en plantaardige cellen worden voorzien van energie opgeslagen in moleculaire
verbindingen van organische moleculen. Om aan deze energie te komen moet er oxidatie
plaatsvinden. Ook wel gecontroleerde verbranding.
- Oxidation and Reduction Involve Electron Transfers (page 55)
Cellen oxideren niet in één stap, zoals dat gebeurt bij de verbranding van organisch materiaal
in een brand. Met behulp van enzymen, vind er bij het metabolisme een groot aantal reacties
plaats, waarbij bijna nooit direct zuurstof wordt toegevoegd.
Oxidatie houdt in de vermindering van elektronen en reductie de toevoeging van elektronen.
Als Fe2+ een elektron afstaat en Fe3+ wordt is deze geoxideerd. Deze twee reacties (oxidatie en
reductie) vinden altijd gelijktijdig plaats.
De termen oxidatie en reductie worden ook toegepast bij een partiële verplaatsing van
elektronen. Bijvoorbeeld bij een covalente binding tussen een C-atoom en een atoom met
een sterke affiniteit voor elektronen (bv. Zuurstof, chloor of zwavel). Hierbij is er geen gelijke
verdeling tussen het aantal elektronen, maar het C-atoom heeft iets minder. Dit noem je een
polaire covalente binding.
2
,Als een molecuul in een cel een elektron opneemt, neemt het vaak ook gelijktijdig een proton
op (in water met vrij-bewegende protonen). A + e– + H+ → AH
Ook al is er in dit geval een elektron en een proton betrokken, er wordt nog steeds gesproken
over een reductie-reactie. Hydrogeneration is een reductie en dehydrogeneration is een
oxidatie. Reductie vindt plaats als het aantal C-H bindingen toeneemt en oxidatie vindt plaats
als het aantal C-H bindingen afneemt.
- Enzymes Lower the Activation-Energy Barriers that Block Chemical Reactions (page 57)
Bij bijvoorbeeld het vrijkomen van energie in de vorm van warmte is er volgens de wet van de
thermodynamica een vermindering in de vrije energie. Vrije energie is de energie die gebruikt
kan worden om werk uit te voeren of chemische reacties op gang te brengen. Chemische
reacties verlopen spontaan alleen in de richting die leidt tot een afname van vrije energie.
Om een reactie tot stand te brengen is er een activatie energie nodig. Deze activatie energie
zorgt ervoor dat bijvoorbeeld het boek in je handen niet spontaan in vlammen opgaat. Er is
een bepaalde energie voor nodig die deze reactie tot stand brengt. De enzymen spelen een
belangrijke rol bij deze activatie energie. Enzymen binden zich aan substraten en verlagen
hierdoor de benodigde activeringsenergie van een bepaalde chemische reactie die dit
substraat wil ondergaan. Een substantie die de activeringsenergie kan verlagen wordt een
catalyst genoemd.
3
, - Enzymes Can Drive Substrate Molecules Along Specific Reaction Pathways (page 58)
Als een enzym de reactie van stof X → stof Y vergroot, vergroot deze ook de reactie van stof Y
→ stof X. Hierdoor verandert er niks aan het equilibrium van deze stof.
Enzymen sturen daarnaast wel alle reacties in een cel aan, in een bepaalde richting. Enzymen
verlagen namelijk alleen de activeringsenergie van één bepaalde chemische reactie in de cel.
Ieder enzym heeft daarnaast een specifieke activeringsplek waar alleen bepaalde substraten
kunnen binden. Net zoals alle andere catalysten blijft de vorm van het enzym gelijk, ook na
het katalyseren van een bepaalde reactie.
- How Enzymes Find Their Substrates: The Enormous Rapidity of Molecular Motions
(page 59)
Enzymen moeten snel kunnen binden aan substraten, maar hoe vinden ze elkaar snel? Dit kan
doordat hitte ervoor zorgt dat molecule in de cel snel bewegen. Er zijn drie soort moleculaire
bewegingen: 1) de beweging van de ene plek naar de andere (translational motion), 2) de
snelle heen en weer beweging van covalent gebonden atomen in verhouding tot elkaar
(vibrations) en 3) rotaties.
Enzymen bewegen langzamer dan substraten, vandaar dat ervan uit gaan dat ze stilstaan. De
mate waarin enzymen en substraten botsen, hangt dus af van de concentratie aan substraten.
Sterke bindingen blijven beter bij elkaar en zijn sterker dan thermische beweging. Sommige
non-covalente bindingen zijn sterker dan anderen. Dit voorkomt dat een enzym bindt aan het
verkeerde substraat en lang aan elkaar blijft zitten.
- The Free-Energy Change of a Reaction, ∆G, Determines Whether It Can Occur
Spontaneously (page 60)
Volgens de tweede wet van thermodynamica wil het universum
de grootste mate aan ongeorganiseerdheid (grootste entropy).
Vandaar dat een chemische reactie alleen spontaan kan verlopen
als het leidt tot een vergroting van de wanorde.
Vrije energie (G) is de energie die beschikbaar is om werk te
verrichten. De waarde van G is alleen belangrijk wanneer de cel
een bepaalde verandering ondergaat. Energetic favourable
reactions verminderen de vrije energie. Ze hebben een negatieve
∆G en maken de wereld minder geordend. Energetic
unfavourable reactions hebben een positieve ∆G. Deze reacties
kunnen alleen plaatsvinden gevolgd door een tweede reactie
met een negatieve ∆G die zo groot is dat de ∆G na het gehele
proces negatief is.
- The Concentration of Reactants Influences the Free-Energy Change and a Reaction’s
Direction (page 61)
4
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, creditcard of Stuvia-tegoed 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 jcpverkoelen. 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.
