Metabolisme Samenvatting
Onderwerp 1: Basisconcepten van het metabolisme
Metabolisme = stofwisseling. Hierbij gaat het om anabole en katabole reactes.
- Anabool: opbouwend, kost energie
- Katabool: afrekend, energie komt vrij
Energie wordt uit voedsel, dus uit eiwiten, lipiden en koolhydraten gehaald. Dit zijn polymeren. Om
energie uit deze polymeren te kunnen halen, moeten polymeren geoxideerd worden. Er zijn 3 stadia:
1. Polymeren worden omgezet in monomere moleculen (digestee
a. Monosacchariden, aminozuurketens en losse vetzuren
b. Er komt nog geen energie vrij
2. Monomeren worden omgezet in acetyl-CoA
a. Er wordt een beperkte hoeveelheid ATP gevormd
3. Acetyl-CoA wordt omgezet in CO2 + H2O via de citroenzuurcyclus
a. Er wordt veel ATP gevormd
De hoeveelheid geproduceerde energie loopt in elk stadia op.
Input voedselmoleculen output energie + verbrandingsproducten
Waarvoor wordt energie gebruikt?
- Beweging
- Transport
- Biosynthese
Energie kan worden uitgewisseld:
Meestal worden ADP en ATP uitgewisseld: ADP ATP
Soms: ATP AMP + PPi
Omzetting van ADP en ATP in elkaar: ATP + AMP 2 ADP
Sommige specifeke enzymen gebruiken geen ATP, maar een analoog zoals CTP of GTP: deze zijn even
energierijk als ATP.
Na de vorming van een ATP-molecuul wordt deze vrijwel direct verbruikt.
ATP ADP: beweging, transport, biosynthese
ADP ATP: oxidate van brandstofmoleculen, fotosynthese
Voor omzetting van AMP in ADP in ATP moet er steeds een vrij anorganisch fosfaat, Pi, gekoppeld worden.
Dit kost energie. ATP is daarom een zeer energierijke verbinding. Bij loskoppelen fosfaat van ATP:
energie komt vrij.
Er kunnen ook fosfaatgroepen gekoppeld worden aan andere chemische verbindingen. Ook bij loskoppelen
van de fosfaatgroep hiervan komt energie vrij.
Elektronendragers
Belangrijke elektronendragers zijn NAD+, FAD en NADPH en CoASH
NAD+ en FAD kunnen vrije elektronen en protonen binden: beide kunnen 2 e- opnemen en NAD+ kan 1 H+
opnemen en FADH2 kan 2 H+ opnemen. Hierdoor gaan de moleculen over naar hun gereduceerde vorm:
NADH en FADH2.
NAD+ en FAD worden gebruikt bij oxidatereactes: generate van ATP. De elektronen komen uiteindelijk bij
O2 terecht. NAD+ fungeert als elektronen carrier. Het is een co-enzym. FAD is een elektronenacceptor en is
een prosthetsche groep, die covalent gebonden is aan het enzym.
, Meestal hebben de reacteproducten van synthesereactes meer elektronen dan de beginproducten. Bij
een metabolische reacte is daardoor elektronendonor NADPH/NADP+ betrokken. NADPH en NADH lijken
in structuur op elkaar maar NADPH heef i.p.v. een OH een fosfaatgroe. De reactve site is hetzelfde van
beide moleculen. NADPH wordt exclusief gebruikt bij reductereactes (reducte oxidatee.
Co-enzym-A (CoASH) is net als bovengenoemde structuren een elektronendragers en coASH is een drager
van acylgroepen. De vrije zwavelgroep van het CoA-deel is reactef (S-CoAe
- Acylgroepen, lange vetzuren, worden met een thio-ester binding aan de zwavelgroep van CoA
gebonden: acyl-CoA.
- Acyl-CoA kan van elk vetzuur gemaakt worden: bijv. palmitaat levert palmitoyl-CoA op
- Thio-esters zijn minder stabiel dan gewone esters.
- Het doel van een thioester die gevormd wordt door coASH met het vetzuur maakt het mogelijk om
O
S-CoA R-C-S-CoA
CoA Acyl-CoA
verdere metabole reactes aan te kunnen gaan.
- Een spefcieke acyl-coA is acetyl-CoA, namelijk van een vetzuur met 2 C-atomen: acetaat. Koppeling
van acetaat aan co-A vormt acetyl-CoA.
- De G0 van de hydrolyse van acetyl-CoA tot acetaat en los co-enzym-A en H+ is sterk negatef.
Verloop van reactes
Door een reacte die eigenlijk spontaan niet verloopt, d.w.z. G0 > 0, kunnen gekoppeld worden aan een
reacte met een zeer negateve G, zodat de reacte toch verloopt. Reactes die eigenlijk niet verlopen
worden daarom gekoppeld aan de hydrolyse van ATP.
ATP is zoals genoemd niet de enige energierijke, gefosforyleerde verbinding. Maar ATP heef een grotere
fosforyl-transfer potentaal dan de meeste andere verbindingen: loskoppeling van een fosfaatgroep levert
meer energie op. Andere energierijke, gefosforyleerde verbindingen zijn bijv. creatnefosfaat, 1,3-BPG
(hogere fosforyl-transfer potentaale. ATP heef een intermediate posite binnen fosforyleerde moleculen.
ATP, NADH, FAD en Co-enzym A zijn allemaal opgebouwd uit dezelfde onderdelen: adenine, ribose en
difosfaat.
Vitamines
Kunnen hydrofel, in water oplosbaar, of hydrofoob, in vet oplosbaar zijn.
Veel elektronendragende verbindingen zijn afgeleid van vitaminen. Alle vitaminen hebben dezelfde
functes in organismen. Alleen hogere organismen kunnen vitaminen niet meer zelf maken en moeten deze
via voeding binnen krijgen.
,Onderwerp 2: Membranen en transport
Deel 1: Structuur en dynamiek van biologische membranen
De primaire functe van biologische membranen is het handhaven van de essentile verschillen aan
weerszijden van het membraan, bijvoorbeeld tussen verschillende cellen of tussen de inhoud van
celorganellen en de rest van de cel.
Biologische membranen vormen een selectieve barrièrre: bepaalde moleculen kunnen de membraan wel
passeren en andere niet. Membranen bevaten specifeke receptoren en vormen een oplosmedium voor
bepaalde enzymen.
Eigenschappen van membranen:
- Aaneengesloten grensvlakken tussen compartmenten
o Een membraan is ongeveer 6-12 nm dik
- Bestaat uit eiwiten en lipiden niet covalent gebonden (wel membraanankerse
o Bilaag
o Verhouding tussen deze is afankelijk van de functe
o Suikers gekoppeld aan eiwiten (glycosyleringe, suikers steken naar buiten (hydrofele
o Membranen zijn asymmetrisch
- Lipiden zijn klein en amfpatsch
o Hydrofel en hydrofoob gedeelte (kop en staarte
o Barrière voor polaire stofen
- Membranen hebben een specifeke functe voor specifeke eiwiten
- Membranen zijn vloeibaar
o Cholesterol
- Membranen zijn elektrisch gepolariseerd
o Plasmamembraan: binnenin negatef
Bestanddelen van membranen:
1. Fosfolipiden
2. Eiwiten
3. Glycoproteïnen
Doordat de binnenkant van de membraan apolair is, zijn membranen impermeabel voor de meeste polaire
stofen.
Fosfolipiden hebben behalve 2 vetzuurketens ook een fosfaatgroep aan glycerol gekoppeld en aan de
fosfaatgroep is een hydrofele kopgroep gekoppeld, bijv. serine/choline/inositol.
Sfngomyeline heef in plaats van een glycerol-backbone, een sfngosine backbone: een alcohol met een
lange CH2-keten en een amino groep.
De overeenkomst tussen glycolipiden en sfngomyeline is dat ze allebei afgeleid zijn van sfngosine. Maar
sfngomyeline heef een fosfaat en een kopgroep via de primaire OH aan de backbone gekoppeld en
glycolipiden hebben op dezelfde plaats een of meer suikergroep(ene aan sfngosine gekoppeld
(glucose/galactosee.
Ook glycolipiden en sfngomyeline zijn amfpatsche moleculen: ze hebben allebei een polaire kopgroep en
een hydrofobe staart.
, Lipiden kunnen in water 2 structuren vormen, afankelijk van de groote van de kopgroep t.o.v. de staart:
In water kunnen vetzuren spontaan een bilaag vormen, de drijvende kracht is het hydrofobische efect en
de van der Waals-kracht van de vetzuurstaarten op elkaar en de elektrostatsche of
waterstofrugvormende actviteit van de kopgroepen met elkaar en met watermoleculen. Bij celdisrupte
is er ook spontane vorming van een bilaag. Membranen zijn zelfvoorzienend.
Vetdruppels zijn een monolaag van lipiden: binnenin, omringd door hydrofobe staarten, worden
triacylglycerolen en cholesterolesters opgeslagen.
Vloeibaarheid van een membraan
Membranen zijn vloeibaar: beweeglijk. Tm = transite temperatuur, temperatuur waarbij membranen
overgaan van vloeibaar naar vast.
Lipiden kunnen veel bewegen in de membraan en ook daadwerkelijk van posite verplaatsen. Sommige
membraaneiwiten zijn bijna net zo beweeglijk als lipiden, terwijl andere juist bijna niet bewegen.
Dieren reguleren de vloeibaarheid van de membraan door cholesterol. Bacteriin reguleren de
vloeibaarheid van de membranen door de lengte van de vetzuurstaarten en de hoeveelheid dubbele
bindingen. Meer dubbele bindingen zorgt ervoor dat membranen sneller overgaan naar vast, dus een
lagere Tm, en door langere vetzuurketens is Tm hoger.
Experiment membraanvloeibaarheid:
Wanneer er een gat in de membraan gemaakt wordt, is deze na verloop van tjd vanzelf weer opgevuld
door verspreiding van lipiden en eiwiten over het oppervlak.
Signaaltransducte
Membraanlipiden kunnen een signaaltransductefuncte hebben. Bijv. door fosforylering van een eiwit kan
een signaal opgewekt worden. Een belangrijk signaalmolecuul is PIP 2: er zijn 4 fosfolipases die dit molecuul
kunnen afreken.
Membraaneiwiten
Zijn verantwoordelijk voor specifeke membraanprocessen. Het eiwitgehalte in de membraan is zeer
karakteristek: bijv. laag eiwitgehalte in myeline en hoog in het plasmamembraan.
Eiwiten kunnen intrinsiek of extrinsiek zijn:
- Intrinsiek – binding aan polaire delen van lipiden (kopgroepene. Elektrostatsche interactes.
o O.a. transmembraaneiwiten
