Hoofdstuk 14: Energieproductie in
mitochondriën en chloroplasten
1 MITOCHONDRIËN EN OXIDATIEVE FOSFORYLERING
De meeste ATPs in de cellen zijn geproduceerd door de oxidatieve fosforylering. Dit proces vindt bij eukaryoten
cellen plaats in de mitochondriën en het is afhankelijk van een elektronentransportketen.
Een soortgelijk proces van ATP-productie is terug te vinden in de fotosynthese bij planten.
De aanmaak van ATP-moleculen in de mitochondriën is een chemi-osmotisch proces dat bestaat uit 2 stappen: het
ene proces zorgt voor een elektrochemische gradiënt van protonen, en het andere gebruikt deze gradiënt om ATP te
genereren.
A. In fase 1, worden hoogenergetische elektronen overgedragen
door een reeks van elektronen carriers. Dit is de
elektronentransportketen. De elektronen geven energie af die
gebruikt wordt om protonenpompen aan te drijven. Door
protonen naar buiten de matrix te pompen ontstaat er een
gradiënt. De gradiënt is een vorm van potentiële energie die
kan vrijkomen wanneer de protonen terugstromen over het
membraan.
B. In fase 2, stromen de protonen terug met de elektrochemische
gradiënt mee door een eiwitcomplex ‘ATP synthase’. Dit
katalyseert de energie die nodig is voor de synthese van ADP
en inorganisch fosfaat naar ATP.
Een elektrische batterij haalt zijn energie uit elektronen-transport. Een
elektronenacceptor en donor worden aan elkaar gekoppeld en de elektronen gaan
stromen van de donor naar de acceptor.
In de batterij bevat de negatieve elektrode zink, deze gaat makkelijk 2 e- afstoten en is
dus de donor. De positieve elektrode bevat mangaan, dat gaat makkelijk 2 e- opnemen
en is dus een acceptor.
De batterij kan kortsluiten (A) door de twee elektroden rechtsreeks in verbinding te
zetten. Er gaat warmteproductie zijn.
De energie kan ook nuttig gebruikt worden door ze aan een ander proces te koppelen
en dat aan te drijven (B).
Een soortgelijkend proces gebeurt bij de elektronentransportketen in de mitochondrie
waarbij energie gewonnen wordt, uit het transport van elektronen, die gebruikt wordt voor de ATP synthese
1.1 STRUCTUUR VAN DE MITOCHONDRIËN
De mitochondrie is aanwezig in bijna alle eukaryote cellen, ongeveer 1000-2000 per cel. Ze zorgen voor 90% van de
totale ATP-productie.
Afhankelijk van waar de mitochondrie zit, kunnen ze op een bepaalde manier geschikt worden:
• Hartspiercel: de mitochondrie ligt dicht tegen de myofilamenten zodat de geleverde energie meteen kan
gebruikt worden voor het samentrekken van de hartspier
• Spermacel: de mitochondrie is gekoppeld aan de plaats waar energie nodig is om de staart van de spermacel
aan te drijven
• In andere cellen liggen de mitochondriën random verspreidt
Mutaties in mitochondriaal DNA zorgen voornamelijk voor spier- of zenuwfenotypes. Dit zorgt voor spierzwakte,
hartproblemen en dementie/epilepsie
1
, De mitochondrie is opgebouwd uit 2 gespecialiseerde membranen:
• Buitenste membraan
o Permeabel door membraanporiën
o Lipide metabolisme en synthese
• Binnenste membraan gevouwen in cristae (invaginaties)
o Impermeabel
o Elektronentransportketen, ATP-synthase en transporters
Deze membranen leiden tot 2 afzonderlijke compartimenten:
• Matrix
o Binnenin het binnenste membraan
o Veel enzymen: oxidatie van pyruvaat, vetzuren, Krebscyclus
o Meerdere kopijen met mt-DNA, mt-ribosomen en mt-RNA
• Inter-membraan ruimte
o Tussen het buitenste en binnenste membraan
o Opstapelen van protonen (mogelijk maken van de protonengradiënt)
De mitochondrie is een dynamische structuur die kan fusioneren en splitsen → mitochondriaal netwerk
1.2 GLYCOLYSE EN KREBSCYCLUS GENEREREN HOGE ENERGIE ELEKTRONEN
Uit voedsel worden heel wat vetten en suikers gebruikt om het metabolisme in de cel aan te drijven.
• Tijdens de glycolyse wordt glucose omgezet naar pyruvaat. Hier is naast de ATP-productie vooral de productie
van NADH en FADH2 heel belangrijk. Dit zijn de bouwstenen die het ATP-synthese proces in de mitochondriën
mogelijk maken.
• In de Krebscyclus wordt pyruvaat gekoppeld aan acetyl CoA. Als netto-product wordt ook NADH en FADH2
gevormd.
• In de oxidatieve fosforylering is NADH het startpunt voor de elektronentransportketen.
2
mitochondriën en chloroplasten
1 MITOCHONDRIËN EN OXIDATIEVE FOSFORYLERING
De meeste ATPs in de cellen zijn geproduceerd door de oxidatieve fosforylering. Dit proces vindt bij eukaryoten
cellen plaats in de mitochondriën en het is afhankelijk van een elektronentransportketen.
Een soortgelijk proces van ATP-productie is terug te vinden in de fotosynthese bij planten.
De aanmaak van ATP-moleculen in de mitochondriën is een chemi-osmotisch proces dat bestaat uit 2 stappen: het
ene proces zorgt voor een elektrochemische gradiënt van protonen, en het andere gebruikt deze gradiënt om ATP te
genereren.
A. In fase 1, worden hoogenergetische elektronen overgedragen
door een reeks van elektronen carriers. Dit is de
elektronentransportketen. De elektronen geven energie af die
gebruikt wordt om protonenpompen aan te drijven. Door
protonen naar buiten de matrix te pompen ontstaat er een
gradiënt. De gradiënt is een vorm van potentiële energie die
kan vrijkomen wanneer de protonen terugstromen over het
membraan.
B. In fase 2, stromen de protonen terug met de elektrochemische
gradiënt mee door een eiwitcomplex ‘ATP synthase’. Dit
katalyseert de energie die nodig is voor de synthese van ADP
en inorganisch fosfaat naar ATP.
Een elektrische batterij haalt zijn energie uit elektronen-transport. Een
elektronenacceptor en donor worden aan elkaar gekoppeld en de elektronen gaan
stromen van de donor naar de acceptor.
In de batterij bevat de negatieve elektrode zink, deze gaat makkelijk 2 e- afstoten en is
dus de donor. De positieve elektrode bevat mangaan, dat gaat makkelijk 2 e- opnemen
en is dus een acceptor.
De batterij kan kortsluiten (A) door de twee elektroden rechtsreeks in verbinding te
zetten. Er gaat warmteproductie zijn.
De energie kan ook nuttig gebruikt worden door ze aan een ander proces te koppelen
en dat aan te drijven (B).
Een soortgelijkend proces gebeurt bij de elektronentransportketen in de mitochondrie
waarbij energie gewonnen wordt, uit het transport van elektronen, die gebruikt wordt voor de ATP synthese
1.1 STRUCTUUR VAN DE MITOCHONDRIËN
De mitochondrie is aanwezig in bijna alle eukaryote cellen, ongeveer 1000-2000 per cel. Ze zorgen voor 90% van de
totale ATP-productie.
Afhankelijk van waar de mitochondrie zit, kunnen ze op een bepaalde manier geschikt worden:
• Hartspiercel: de mitochondrie ligt dicht tegen de myofilamenten zodat de geleverde energie meteen kan
gebruikt worden voor het samentrekken van de hartspier
• Spermacel: de mitochondrie is gekoppeld aan de plaats waar energie nodig is om de staart van de spermacel
aan te drijven
• In andere cellen liggen de mitochondriën random verspreidt
Mutaties in mitochondriaal DNA zorgen voornamelijk voor spier- of zenuwfenotypes. Dit zorgt voor spierzwakte,
hartproblemen en dementie/epilepsie
1
, De mitochondrie is opgebouwd uit 2 gespecialiseerde membranen:
• Buitenste membraan
o Permeabel door membraanporiën
o Lipide metabolisme en synthese
• Binnenste membraan gevouwen in cristae (invaginaties)
o Impermeabel
o Elektronentransportketen, ATP-synthase en transporters
Deze membranen leiden tot 2 afzonderlijke compartimenten:
• Matrix
o Binnenin het binnenste membraan
o Veel enzymen: oxidatie van pyruvaat, vetzuren, Krebscyclus
o Meerdere kopijen met mt-DNA, mt-ribosomen en mt-RNA
• Inter-membraan ruimte
o Tussen het buitenste en binnenste membraan
o Opstapelen van protonen (mogelijk maken van de protonengradiënt)
De mitochondrie is een dynamische structuur die kan fusioneren en splitsen → mitochondriaal netwerk
1.2 GLYCOLYSE EN KREBSCYCLUS GENEREREN HOGE ENERGIE ELEKTRONEN
Uit voedsel worden heel wat vetten en suikers gebruikt om het metabolisme in de cel aan te drijven.
• Tijdens de glycolyse wordt glucose omgezet naar pyruvaat. Hier is naast de ATP-productie vooral de productie
van NADH en FADH2 heel belangrijk. Dit zijn de bouwstenen die het ATP-synthese proces in de mitochondriën
mogelijk maken.
• In de Krebscyclus wordt pyruvaat gekoppeld aan acetyl CoA. Als netto-product wordt ook NADH en FADH2
gevormd.
• In de oxidatieve fosforylering is NADH het startpunt voor de elektronentransportketen.
2
