Metabolisme: basisconcepten en
structuur
Inleiding
Metabolisme buigt zich over energiebronnen van cellen en efficiënt transport van deze +
synthese van zijn biomoleculen
o Processen worden uitgevoerd door een geheel aan gecoördineerde en geïntegreerde
chemische reacties
Cel heeft energie nodig voor verschillende processen
o Bv: mechanische arbeid, actief transport van moleculen, synthese biomoleculen…
o Verschillende manieren mogelijk om energie te ‘oogsten)
Fototrofen (planten): energie van zonlicht gebruiken om biomoleculen te
vormen: CO 2+ H 2 Olicht
→
CH 2 O+ O2
Chemotrofen (dieren): energie uit afbraak van voedingsstoffen uit omgeving
CH 2 O+O 2 verbranding/oxidatie CO 2+ H 2 O
→
Overzicht metabolisme
Twee klassen onder te verdelen
o Anabolisme: opbouw/biosynthese → vergt energie
o Katabolisme: afbraak → energie komt vrij
Zijn verbonden aan anabole pathways
Chemische energie die vrijkomt door afbraak van voedingsstoffen
moet efficiënt gebruikt worden voor het anabolisme
Bv: glycolyse reactie → glucose wordt acetyl-CoA of lactaat
o Energie komt hierbij vrij in de vorm van ATP
3 fasen te onderscheiden in katabolisme
Afbraak van biomoleculen in hun bouwstenen
Afbraak van bouwstenen tot kleinere intermediaire moleculen
o Vaak gemeenschappelijke intermediaire voor verschillende
pathways → finale oxidatie geeft hetzelfde resultaat
Afbraak tot CO2, H2O en NH3 + vorming van energie
Thermodynamisch ongunstige reacties kunnen gedreven worden door thermodynamisch
gunstige reacties → metabole weg is in zijn totaal thermodynamisch gunstig
C D
o
0'
∆ G=∆ G + RT∗ln
( [[ ]][[ ]] )
A B
Indien ∆ G>0 endergonische reactie
Indien ∆ G<0 exergonische reactie
, Energie transfer
ATP is de universele munt van vrije energie in biologische systemen
o Energierijke molecule omdat trifosfaat eenheid twee fosfo-anhydride bindingen
bevat → grote energie hoeveelheid komt vrij bij hydrolyse van ATP
0' kJ
ATP+ H 2 O → ADP+ P i met ∆ G =−30,5
mol
0 '
kj
ATP+ H 2 O → AMP+ PP i met ∆ G =−45,6
mol
ATP
∆ G is afhankelijk van de pH, verhouding en [Mg2+] of [Mn2+]
ADP
o De fosfaat transfer potentiaal is de belangrijkste vorm van energie overdracht
→ breken van fosfaat-zuurstofbinding geeft energie
'
Indien onze ∆ G0 negatief is zal de reactie spontaan doorgaan
'
Soms gebruikt metabolisme een reactie met een negatieve ∆ G 0 in
'
additie met een reactie met een positieve ∆ G 0 om zo toch
spontaan te kunnen werken
ATP wordt ADP na eerste afsplitsing en AMP na tweede
ATP komt nooit vrij voor in de cel, maar altijd gebonden als complex met Mg 2+ of Mn2+
o Complex vereist om de negatieve ladingen van fosfaatgroepen te stabiliseren
ATP heeft een hoge fosfaat transfer potentiaal
o Resonantie stabilisatie: 16 resonantie canonieken voor ATP, 18 voor ADP/P i
Orthofosfaatgroepen kennen een extra resonantiecanoniek
o Electrostatische repulsie daalt bij overstap van ATP naar ADP+P i
Bij pH 7 zien we dat ATP 4 negatieve ladingen draagt op zijn trifosfaat
eenheid + ladingen liggen dicht bij elkaar
ADP bevat slecht 3 negatieve ladingen dicht bij elkaar
o Solvatatie: water bindt beter aan ADP+P i dan aan ATP
o Stijging in entropie: entropie ATP is lager dan ADP+P i
Energie komt vrij bij een stijging in wanorde
structuur
Inleiding
Metabolisme buigt zich over energiebronnen van cellen en efficiënt transport van deze +
synthese van zijn biomoleculen
o Processen worden uitgevoerd door een geheel aan gecoördineerde en geïntegreerde
chemische reacties
Cel heeft energie nodig voor verschillende processen
o Bv: mechanische arbeid, actief transport van moleculen, synthese biomoleculen…
o Verschillende manieren mogelijk om energie te ‘oogsten)
Fototrofen (planten): energie van zonlicht gebruiken om biomoleculen te
vormen: CO 2+ H 2 Olicht
→
CH 2 O+ O2
Chemotrofen (dieren): energie uit afbraak van voedingsstoffen uit omgeving
CH 2 O+O 2 verbranding/oxidatie CO 2+ H 2 O
→
Overzicht metabolisme
Twee klassen onder te verdelen
o Anabolisme: opbouw/biosynthese → vergt energie
o Katabolisme: afbraak → energie komt vrij
Zijn verbonden aan anabole pathways
Chemische energie die vrijkomt door afbraak van voedingsstoffen
moet efficiënt gebruikt worden voor het anabolisme
Bv: glycolyse reactie → glucose wordt acetyl-CoA of lactaat
o Energie komt hierbij vrij in de vorm van ATP
3 fasen te onderscheiden in katabolisme
Afbraak van biomoleculen in hun bouwstenen
Afbraak van bouwstenen tot kleinere intermediaire moleculen
o Vaak gemeenschappelijke intermediaire voor verschillende
pathways → finale oxidatie geeft hetzelfde resultaat
Afbraak tot CO2, H2O en NH3 + vorming van energie
Thermodynamisch ongunstige reacties kunnen gedreven worden door thermodynamisch
gunstige reacties → metabole weg is in zijn totaal thermodynamisch gunstig
C D
o
0'
∆ G=∆ G + RT∗ln
( [[ ]][[ ]] )
A B
Indien ∆ G>0 endergonische reactie
Indien ∆ G<0 exergonische reactie
, Energie transfer
ATP is de universele munt van vrije energie in biologische systemen
o Energierijke molecule omdat trifosfaat eenheid twee fosfo-anhydride bindingen
bevat → grote energie hoeveelheid komt vrij bij hydrolyse van ATP
0' kJ
ATP+ H 2 O → ADP+ P i met ∆ G =−30,5
mol
0 '
kj
ATP+ H 2 O → AMP+ PP i met ∆ G =−45,6
mol
ATP
∆ G is afhankelijk van de pH, verhouding en [Mg2+] of [Mn2+]
ADP
o De fosfaat transfer potentiaal is de belangrijkste vorm van energie overdracht
→ breken van fosfaat-zuurstofbinding geeft energie
'
Indien onze ∆ G0 negatief is zal de reactie spontaan doorgaan
'
Soms gebruikt metabolisme een reactie met een negatieve ∆ G 0 in
'
additie met een reactie met een positieve ∆ G 0 om zo toch
spontaan te kunnen werken
ATP wordt ADP na eerste afsplitsing en AMP na tweede
ATP komt nooit vrij voor in de cel, maar altijd gebonden als complex met Mg 2+ of Mn2+
o Complex vereist om de negatieve ladingen van fosfaatgroepen te stabiliseren
ATP heeft een hoge fosfaat transfer potentiaal
o Resonantie stabilisatie: 16 resonantie canonieken voor ATP, 18 voor ADP/P i
Orthofosfaatgroepen kennen een extra resonantiecanoniek
o Electrostatische repulsie daalt bij overstap van ATP naar ADP+P i
Bij pH 7 zien we dat ATP 4 negatieve ladingen draagt op zijn trifosfaat
eenheid + ladingen liggen dicht bij elkaar
ADP bevat slecht 3 negatieve ladingen dicht bij elkaar
o Solvatatie: water bindt beter aan ADP+P i dan aan ATP
o Stijging in entropie: entropie ATP is lager dan ADP+P i
Energie komt vrij bij een stijging in wanorde
