Deze gedetailleerde samenvatting behandelt alles wat aan bod is gekomen tijdens de hoorcolleges, werkcolleges en zelfstudies van het onderdeel Fysische Chemie van de cursus Moleculen aan de Universiteit Utrecht (BMW10505). Hierdoor bevat het alle informatie die nodig is voor het deeltentamen van Fy...
,Inhoudsopgave
Oxidatieve fosforylering.........................................................................................................................3
Elektrochemie.....................................................................................................................................3
Redoxreacties.................................................................................................................................3
Functie van elektronendragers...........................................................................................................4
Elektronentransportketen..................................................................................................................5
NADH-Q oxidoreductase (Complex I)..............................................................................................5
Succinaat-Q reductase (Complex II)................................................................................................6
Q-cytochroom C oxidoreductase (Complex III)...............................................................................7
Cytochroom C oxidase (Complex IV)...............................................................................................8
Protonengradiënt...............................................................................................................................9
Synthese van ATP.............................................................................................................................10
ATP synthase complex..................................................................................................................10
Ademhalingscontrole....................................................................................................................15
Fysiologische ontkoppeling...........................................................................................................16
Remmers van de ATP synthese.....................................................................................................17
Biologische thermodynamica...............................................................................................................18
Nulde wet.........................................................................................................................................18
Hoofdwetten....................................................................................................................................18
Kringloop..........................................................................................................................................19
Opslag en verbruik van energie....................................................................................................19
Systeem............................................................................................................................................19
Toestandsfuncties.............................................................................................................................21
Balansvergelijkingen.....................................................................................................................21
Steady state..................................................................................................................................21
Evenwicht.....................................................................................................................................22
Behoudswetten............................................................................................................................23
Eerste hoofdwet van de thermodynamica.......................................................................................23
Enthalpie...........................................................................................................................................24
Reactie-enthalpie..........................................................................................................................24
Vormingsenthalpie.......................................................................................................................24
Meten van energie en enthalpie......................................................................................................25
Endotherm en exotherm..................................................................................................................26
Tweede hoofdwet van de thermodynamica.....................................................................................26
Entropie........................................................................................................................................27
1
, Warmte-uitwisseling.....................................................................................................................27
Entropie en leven..........................................................................................................................28
Gibbs vrije energie............................................................................................................................28
Efficiëntie van koppeling...............................................................................................................29
Dissipatie van Gibbs vrije energie.................................................................................................30
Redoxreacties...................................................................................................................................30
Redoxpotentiaal berekenen.........................................................................................................30
2
,Oxidatieve fosforylering
Elektrochemie
Er zijn een aantal factoren die een rol spelen bij de elektrochemie:
Redox
NADH Elektronendrager, komt voor bij de oxidatieve fosforylering.
FADH2 Elektronendrager, komt voor in de citroenzuurcyclus (krebscyclus).
O2 Uiteindelijke elektronenacceptor.
FeS
Q (ubiquinon) Antioxidant
Enthalpie
ATP
Glucose
Entropie
Concentraties
Gradiënten
pH
Gibbs vrije energie (ΔG)
Enthalpie en entropie zijn belangrijk bij het verlopen van reacties (Gibbs vrije energie).
Redoxreacties
Bij redoxreacties zijn er twee reacties van belang:
Reductie Oxidator neemt elektronen op.
Oxidatie Reductor geeft elektronen af.
Om te bepalen welke kant een redoxreactie in gaat, kan gebruik gemaakt worden van een
proefopstelling. Hierbij wordt aan de ene halfcel een oplossing toegevoegd, die 1 M oxidatiemiddel
(X) en 1 M reductiemiddel (X–) bevat. Aan de andere (referentie) halfcel wordt een 1 M H + oplossing,
die in evenwicht is met 1 atm H2 gas, toegevoegd. De elektroden zijn verbonden door middel van een
voltmeter en een agarbrug zorgt ervoor dat de ionen tussen de halfcellen heen en weer kunnen
stromen. De elektronen stromen vervolgens van de ene halfcel naar de andere halfcel door de draad
die de twee cellen verbindt, de elektronen gaan van de negatieve elektrode naar de positieve
elektrode.
Het reductiepotentiaal van het H+:H2 koppel is 0 volt, omdat die het referentie potentiaal is.
Figuur 1 Het meten van een redoxpotentiaal.
3
,Aan de hand van het redoxpotentiaal (E 0) kan bepaald worden welke kant een reactie in verloopt:
Negatief redoxpotentiaal Reductor staat makkelijker e– af dan H2.
Positief redoxpotentiaal Reductor staat minder makkelijk e– af dan H2.
Deze vergelijkingen refereren naar standaardomstandigheden, hierbij geldt:
1 M oxidatiemiddel
1 M reductiemiddel
1 M H+
1 atmosfeer H2
Vaak wordt er gerekend met E0’, hierbij gelden een aantal extra omstandigheden:
pH = 7,0
Temperatuur = 25°C ofwel 298K
Onderstaande formule kan gebruikt worden om de Gibbs vrije energie in J mol -1 uit te rekenen:
ΔG0’ = -n · F· ΔE0’
Hierbij geldt:
n = aantal e– (mol e– betrokken in de reactie)
F = constante van Faraday (96,48 103 C mol-1 = 96,48 kJ mol-1 V-1)
Functie van elektronendragers
De drijvende kracht van de oxidatieve fosforylering is het elektronenoverdrachtspotentiaal van
NADH of FADH2 t.o.v. die van O2. De energie die vrijkomt door de reductie van elke elektronendrager
genereert een protongradiënt die vervolgens gebruikt wordt voor de synthese van ATP en het
transport van metabolieten door het mitochondriale membraan. NADH wordt in een aantal
processen geproduceerd, namelijk:
Glycolyse
Bèta-oxidatie
Citroenzuurcyclus (krebscyclus)
Reactie van pyruvaat naar oxaloacetaat
NAD+ is hierbij de elektronenacceptor en NADH de elektronendonor. NADH is een cofactor en komt
dus niet via de voeding binnen. Hierdoor is de hoeveelheid van NAD + en NADH beperkt. De
overdracht van elektronen kan bewegingen van waterstofatomen veroorzaken.
Figuur 2 Beweging van protonen door elektronenoverdracht.
4
, Elektronentransportketen
De elektronentransportketen bestaat uit vier verschillende complexen (I, II, III en IV). Elk complex
bevat een ander redoxpotentiaal (E0’). De verschillende complexen vervullen verschillende functies:
NADH-Q oxidoreductase (Complex I) Hierbij wordt NADH geoxideerd en Q gereduceerd.
Succinaat-Q reductase (Complex II) Hierbij wordt succinaat geoxideerd tot fumaraat.
Q-cytochroom C oxidoreductase (Complex III) Hierbij wordt Q geoxideerd en cytochroom
C gereduceerd.
Cytochroom C oxidase (Complex IV) Hierbij wordt cytochroom C geoxideerd en O 2
gereduceerd.
Complex I, III en IV dienen als protonpomp. Voor complex II geldt dit niet.
Figuur 3 Schematische weergave van de elektronentransportketen.
De elektronentransportketen is zo gerangschikt, dat de elektronen altijd naar componenten met
positievere reductiepotentialen stromen
(een hogere elektronaffiniteit).
NADH-Q oxidoreductase
(Complex I)
De elektronen van NADH worden
afgegeven aan flavin mononucleotide
(FMN). Vervolgens gaan de elektronen
via een aantal ijzer-zwavel clusters naar
ubiquinon (Q). Hierdoor wordt Q negatief (Q 2–)
Figuur 4 Weergave van de vrije energie van de verschillende complexen uit de elektronentransportketen. 5
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 xnicolevdz. Stuvia faciliteert de betaling aan de verkoper.
Zit ik meteen vast aan een abonnement?
Nee, je koopt alleen deze samenvatting voor €5,49. Je zit daarna nergens aan vast.
