Hoofdstuk 6: Metabolisme
Het metabolisme bestaat uit het katabolisme (energiegeneratie – het afbreken van substraten
waardoor organismen hopen energie te creëren in de vorm van ATP of via de Proton Motive Force
(PTM)); en het anabolisme (biosynthese van cel componenten).
Katabolisme
De chemische energie is aanwezig als ATP (NTP) en dat is de universele energiecarrier. Het wordt
gevormd tijdens exergonische reacties en lever zijn energie aan endergonische reacties. ATP bevat
twee energierijke verbindingen, echter geldt dit voor alle NTP’s! Wanneer men gaat van ATP ADP
+ Pi zal er 32 kJ/mol vrijkomen en daarna wanneer men gaat van ADP AMP + Pi zal er weer 32
kJ/mol vrijkomen. De ATP-hydrolyse is de overzetting van energie op intermediaire producten. Deze
energie wordt gebruikt in biosynthesereacties. Daarnaast zal energie voorkomen in
elektrochemische energie. De aanmaak van chemische energie vereist elektrochemische energie,
geleverd door het elektronentransport. De elektronen donoren geven elektronen (oxidatie vindt
plaats) via elektronen carriers door aan finale elektronen acceptoren (O 2 bij de mens – bacteriën zijn
veel meer flexibel hierin – reductie vindt plaats) in de vorm van redoxreacties.
Oxidatie Reductie
Verlies van elektronen Winst van elektronen
Verlies aan energie Winst van energie
Exothermisch / Exergonisch Endothermisch / Endergonisch
De elektronen carriers maken een switch tussen de geoxideerde en
de gereduceerde vorm, bijvoorbeeld nicotinamide-adenine-
dinucleotide (NAD). Je ziet dat de stikstof elektronen gaat opnemen
en gaat afgeven. Er wordt dus energie overgedragen van NAD + naar NADH en vice versa.
ATP-productie
Er bestaan drie manieren van ATP-generatie in bacteriën en archaea:
1. Substraatfosforylering: ATP-productie door transfer van een energierijke fosfaat van
gefosforyleerd organisch substraat naar ADP
2. Oxidatieve of Elektronentransportfosforylering: ATP-productie door gekoppelde
redoxreacties die resulteren in membraanpotentiaal (proton-motive force)
3. Fotofosforylering: ATP-productie via lichtenergie die proton-motive force bewerkstelligt
(hier gaan we niet verder op in)
Substraatfosforylering
Op deze manier wordt er ATP geproduceerd in de fermentatie en de
tricarbonzuur (TCA – ofwel Krebs’)-cyclus. Voor een schematische
weergave, zie figuur rechts. Bij de fermentatie zien we ATP-productie enkel op basis van
substraatfosforylering waarbij de energie > suikers, aminozuren en nucleobasen. De fermentatie is
een som van anaerobe, katabole reacties in een gesloten en gebalanceerd systeem: bepaalde
substraten worden geoxideerd en andere producten worden gereduceerd met behulp van
cofactoren. Alles gebeurt in het cel milieu en er komt geen externe elektronen acceptor aan te pas.
De elektronen acceptor is een cellulair, organisch molecuul. Als eindresultaat van de fermentatie zien
we een onvolledige oxidatie van substraat (in tegenstelling tot oxidatieve fosforylering) met
verschillende organische stoffen als eindproducten (alcoholen, zuren, …). Dit is van belang bij
biochemische identificatie, welke producten worden er gevormd bij fermentatie? Echter is de
fermentatie het minst efficiënte manier van energieproductie. Wanneer we kijken naar de
fermentatie van suikersubstraten is een goed voorbeeld de glycolyse en de verdere metabolisme van
pyrodruivenzuur. ATP wordt echter enkel gegenereerd in de glycolyse. In de tweede stap van de
fermentatie zien we dat de regeneratie van NAD +/NADP+ nodig is voor de glycolyse. De fermentatie
wordt genoemd naar het eindproduct (interne elektronen acceptor), bijvoorbeeld de
alcoholfermentatie of de melkzuurfermentatie (uitgevoerd door melkzuurbacteriën).
Pagina 1 van 5
Het metabolisme bestaat uit het katabolisme (energiegeneratie – het afbreken van substraten
waardoor organismen hopen energie te creëren in de vorm van ATP of via de Proton Motive Force
(PTM)); en het anabolisme (biosynthese van cel componenten).
Katabolisme
De chemische energie is aanwezig als ATP (NTP) en dat is de universele energiecarrier. Het wordt
gevormd tijdens exergonische reacties en lever zijn energie aan endergonische reacties. ATP bevat
twee energierijke verbindingen, echter geldt dit voor alle NTP’s! Wanneer men gaat van ATP ADP
+ Pi zal er 32 kJ/mol vrijkomen en daarna wanneer men gaat van ADP AMP + Pi zal er weer 32
kJ/mol vrijkomen. De ATP-hydrolyse is de overzetting van energie op intermediaire producten. Deze
energie wordt gebruikt in biosynthesereacties. Daarnaast zal energie voorkomen in
elektrochemische energie. De aanmaak van chemische energie vereist elektrochemische energie,
geleverd door het elektronentransport. De elektronen donoren geven elektronen (oxidatie vindt
plaats) via elektronen carriers door aan finale elektronen acceptoren (O 2 bij de mens – bacteriën zijn
veel meer flexibel hierin – reductie vindt plaats) in de vorm van redoxreacties.
Oxidatie Reductie
Verlies van elektronen Winst van elektronen
Verlies aan energie Winst van energie
Exothermisch / Exergonisch Endothermisch / Endergonisch
De elektronen carriers maken een switch tussen de geoxideerde en
de gereduceerde vorm, bijvoorbeeld nicotinamide-adenine-
dinucleotide (NAD). Je ziet dat de stikstof elektronen gaat opnemen
en gaat afgeven. Er wordt dus energie overgedragen van NAD + naar NADH en vice versa.
ATP-productie
Er bestaan drie manieren van ATP-generatie in bacteriën en archaea:
1. Substraatfosforylering: ATP-productie door transfer van een energierijke fosfaat van
gefosforyleerd organisch substraat naar ADP
2. Oxidatieve of Elektronentransportfosforylering: ATP-productie door gekoppelde
redoxreacties die resulteren in membraanpotentiaal (proton-motive force)
3. Fotofosforylering: ATP-productie via lichtenergie die proton-motive force bewerkstelligt
(hier gaan we niet verder op in)
Substraatfosforylering
Op deze manier wordt er ATP geproduceerd in de fermentatie en de
tricarbonzuur (TCA – ofwel Krebs’)-cyclus. Voor een schematische
weergave, zie figuur rechts. Bij de fermentatie zien we ATP-productie enkel op basis van
substraatfosforylering waarbij de energie > suikers, aminozuren en nucleobasen. De fermentatie is
een som van anaerobe, katabole reacties in een gesloten en gebalanceerd systeem: bepaalde
substraten worden geoxideerd en andere producten worden gereduceerd met behulp van
cofactoren. Alles gebeurt in het cel milieu en er komt geen externe elektronen acceptor aan te pas.
De elektronen acceptor is een cellulair, organisch molecuul. Als eindresultaat van de fermentatie zien
we een onvolledige oxidatie van substraat (in tegenstelling tot oxidatieve fosforylering) met
verschillende organische stoffen als eindproducten (alcoholen, zuren, …). Dit is van belang bij
biochemische identificatie, welke producten worden er gevormd bij fermentatie? Echter is de
fermentatie het minst efficiënte manier van energieproductie. Wanneer we kijken naar de
fermentatie van suikersubstraten is een goed voorbeeld de glycolyse en de verdere metabolisme van
pyrodruivenzuur. ATP wordt echter enkel gegenereerd in de glycolyse. In de tweede stap van de
fermentatie zien we dat de regeneratie van NAD +/NADP+ nodig is voor de glycolyse. De fermentatie
wordt genoemd naar het eindproduct (interne elektronen acceptor), bijvoorbeeld de
alcoholfermentatie of de melkzuurfermentatie (uitgevoerd door melkzuurbacteriën).
Pagina 1 van 5
