SAMENVATTING
–
FYSISCHE
CHEMIE
OXIDATIEVE
FOSFORYLERING
Mitochondrion
à
twee
membranen
Ontstaan
uit
samensmelting
aerobe
en
anaerobe
bacteriën
Redoxreacties
o Oxidatie:
afstaan
van
elektronen
o Reductie:
opnemen
van
elektronen
o Oxidator
neemt
elektronen
op
o Reducter
staat
elektronen
af
Geoxideerde
vorm
+
elektronen
ßà
gereduceerde
vorm
Redoxpotentiaal
(E0)
à
welke
kant
ligt
het
evenwicht
∆𝐺 ! = −𝑛 × 𝐹 × ∆𝐸
n
(#
elektronen)
F
(constante
van
Faraday)
à
96,48
kJ/mol/V
Metabolische
processen
produceren
NADH:
elektronen
worden
afgestaan
aan
NAD+.
Voorbeeld
½
O2
+
2H+
+
2e-‐
à
H2O
0,82
V
+ + + -‐
NADH
+
H
à
NAD
+
2H
+
2e
0,32
V
NADH
+
½
O2
+
H+
à
NAD+
+
H2O
ΔG0
=
-‐2
x
96,48
x
0,82
=
-‐158,23
ΔG0
=
-‐2
x
96,48
x
0,32
=
-‐61,75
-‐158,23
+
-‐61,75
=
-‐228
kJ/mol
ΔG0
ATP
synthese
=
-‐30
kJ/mol
-‐228
/
-‐30
=
ongeveer
7
ATP/NADH
C OMPLEX
I
–
NADHQ-‐ OXIDOREDUCTASE
NADH
staat
2
e-‐
af
aan
FMN
(Flavin-‐mononucleotide).
FMN
geeft
vervolgens
de
elektronen
over
aan
(3)
ijzerzwavelclusters.
In
deze
ijzerzwavelclusters
worden
Fe3+
ionen
gereduceerd
tot
Fe2+,
hierdoor
kunnen
de
elektronen
weer
doorgegeven
worden.
De
laatste
ijzerzwavelcluster
geeft
de
elektronen
af
aan
een
Q
carrier
(ubiquinol)
waardoor
Q
reageert
met
2
H+
tot
QH2
(ubiquinone).
QH2
wordt
getransporteerd
naar
de
Q
pool
(complex
2,3,4).
Tijdens
dit
proces
worden
4
H+
naar
buiten
gepompt.
Soms
neemt
Q
maar
1
H+
op,
waardoor
er
een
radicaal
ontstaat.
Dit
zijn
voornamelijk
ouderdomsverschijnselen.
Moleculen
–
Fysische
Chemie
Samenvatting
1
,
C OMPLEX
III
–
Q
CYTOCHROOM
C
OXIDOREDUCTASE
Complex
3
bevat
veel
heemgroepen
(Fe2/3+).
De
elektronen
van
de
Q-‐pool
worden
afgegeven
aan
complex
3.
QH2
staat
één
elektron
af
aan
cytochroom
C
en
de
twee
H+
worden
afgegeven
aan
de
ruimte
tussen
de
membranen.
Hierdoor
ontstaat
er
een
radicaal
Q.
In
het
tweede
proces
komt
er
een
tweede
Q
pool
met
een
QH2.
Deze
QH2
geeft
ook
één
elektron
af
aan
een
ander
cytochroom
C
en
de
twee
H+
worden
weer
afgegeven
aan
de
ruimte
tussen
de
membranen.
Hierbij
ontstaat
er
ook
een
radicaal
Q.
Deze
radicaal
geeft
immers
zijn
tweede
elektron
af
aan
het
vorige
radicaal
Q.
Hierdoor
houd
je
Q
co-‐enzym
en
een
Q
co-‐enzym
dan
reageert
met
twee
H+
tot
QH2.
Dit
is
de
Q-‐cycle
Netto
worden
er
4
H+
naar
buiten
gepompt
en
gaan
er
twee
cytochroom
C
enzymen
naar
complex
4.
C OMPLEX
IV
–
C YTOCHROOM
C
OXIDASE
Complex
4
bevat
ook
veel
heemgroepen.
Twee
cytochroom
C
enzymen
binden
per
cyclus.
Het
cytochroom
C
geeft
zijn
elektron
af
aan
een
Cu/Cu
eenheid.
Vervolgens
worden
ze
afgegeven
via
heemgroep
α
aan
heemgroep
α3.
Hierdoor
komen
de
Fe
en
Cu
groep
in
een
gereduceerde
vorm
en
binden
O2
waardoor
er
een
peroxidebrug
ontstaat.
Er
komen
twee
H+
en
2
extra
e-‐
bij,
die
de
peroxidebrug
verbreekt.
Er
worden
nog
twee
H+
opgenomen,
hierdoor
ontstaan
er
twee
H2O
en
worden
afgegeven.
Complex
4
bevindt
zich
weer
in
de
beginstand.
Netto
worden
er
2
H+
naar
buiten
gepompt
en
zijn
de
elektronen
afgegeven
aan
O2.
Voor
deze
stap
zijn
er
in
totaal
4
cytochroom
C
enzymen
nodig.
Per
1
mol
NADH
wordt
er
½
mol
O2
(1
mol
O)
verbruikt.
COMPLEX
II
–
S UCCINATE -‐Q
REDUCTASE
Complex
2
krijgt
de
elektronen
van
FADH2
in
plaats
van
NADH.
FADH2
zit
meestal
vast
aan
een
enzym
en
is
dus
een
prosthetische
groep.
De
elektronen
zijn
afkomstig
uit
de
β-‐oxidatie
van
vetzuren.
FADH2
geeft
zijn
elektronen
af
aan
het
co-‐enzym
Q
waardoor
QH2
ontstaat.
De
rest
van
de
elektronen
flow
gaat
hetzelfde
als
bij
NADH,
maar
de
netto
opbrengst
voor
ATP
is
van
NADH
hoger
dan
voor
FADH2.
Dit
komt
doordat
FADH2
het
eerste
complex
overslaat,
hierdoor
worden
er
4
protonen
minder
naar
buiten
gepompt
voor
de
protonengradiënt.
NADH
à
2,5
ATP
FADH2
à
1,5
ATP
P OMPEN
VAN
PROTONEN
De
complexen
hebben
eerst
een
hoge
affiniteit
voor
protonen,
waardoor
er
protonen
zijn
gebonden
aan
de
complexen.
Na
de
binding
verandert
het
complex
van
conformatie
en
daalt
de
affiniteit.
De
protonen
worden
weer
losgelaten
aan
de
andere
kant
van
het
membraan.
En
de
begin
conformatie
is
hersteld.
Bij
complex
1
is
er
een
conformatie
verandering
bij
binding
van
NADH.
Door
binding
van
NADH
wordt
Q
gereduceerd
en
hierdoor
verplaatsen
horizontale
α-‐helices.
En
de
protonen
kunnen
naar
buiten.
Moleculen
–
Fysische
Chemie
Samenvatting
2
,
ATP
SYNTHASE
–
(C OMPLEX
V)
Door
de
protonen
gradiënt
ontstaat
er
een
negatieve
lading
aan
de
binnenkant
van
het
mitochondrion.
Hierdoor
ontstaat
er
een
flow
van
protonen
terug
het
mitochondrion
in.
Deze
flow
wordt
gebruikt
door
ATP-‐synthase
voor
ATP
synthese.
ATP-‐synthase
bestaat
uit
een
katalytisch
(F1)
deel
en
een
proton
conductie
eenheid
(F0).
F1
heeft
3
α-‐ketens
en
3
β-‐ketens
(hier
vindt
de
katalytische
reactie
plaats).
F0
heeft
een
hydrofobe
eigenschap
(zit
dus
in
het
membraan)
een
heeft
10
tot
14
C
subeenheden.
ADP
+
Pi
wordt
omgezet
tot
ATP
in
de
β-‐eenheden,
hiervoor
is
energie
nodig
en
deze
energie
zit
in
de
subeenheid
zelf.
Om
ATP
te
dissociëren
is
de
proton
gradiënt
nodig,
zoals
hieronder
wordt
weergegeven.
De
protonen
binden
aan
een
aspartaat
residu
in
F0,
draaien
een
rondje
met
de
klok
mee
en
worden
losgelaten
aan
de
andere
kant.
Door
deze
rotatie,
kan
γ-‐eenheid
ook
draaien.
De
β-‐ketens
in
F1
kunnen
in
drie
verschillende
conformatie
voorkomen.
L
conformatie
à
ADP
+
Pi
binding
T
conformatie
à
ATP
synthese
O
conformatie
à
ATP
dissociatie
Het
aantal
C-‐eenheden
bepaalt
hoeveel
protonen
er
nodig
zijn
voor
3
ATP
(3
β-‐ketens).
R EGULATIE
ATP
SYNTHESE
Bij
veel
ATP
is
alle
ADP
omgezet,
hierdoor
wordt
de
ATP
synthese
gestopt
en
worden
er
geen
protonen
terug
gepompt.
Dit
heeft
als
gevolg
dat
proton
gradiënt
te
hoog
om
nog
meer
protonen
over
het
membraan
te
pompen
en
wordt
NADH
niet
omgezet.
Er
is
dus
genoeg
NADH
in
de
cel
en
hoeft
er
geen
substraatafbraak
te
zijn.
De
cel
zal
uiteindelijk
dood
gaan,
omdat
de
metabolisme
stilstaat
en
er
een
hoge
osmotische
waarde
is
in
de
cellen.
Hierdoor
trekken
de
cellen
water
aan
en
zullen
ontploffen.
Thermogenine
is
een
protonkanaal
in
het
membraan,
UPC-‐1
kanaal.
Hierdoor
wordt
de
proton
gradiënt
verlaagt
zonder
dat
er
ATP
synthese
is.
Deze
kanalen
komen
vooral
voor
in
BAT
(Brown
adipose
tissue).
De
energie
die
vrijkomt
bij
de
terugstroom
van
protonen
wordt
omgezet
in
warmte.
Er
zijn
stoffen
die
het
proces
ontkoppelen,
waardoor
dit
plaatst
kan
vinden.
Dit
zijn
ontkopperlaars.
Moleculen
–
Fysische
Chemie
Samenvatting
3
,
D E
OXYGRAAF
De
oxigraaf
meet
de
activiteit
van
de
ademhalingsketen.
Door
elektrische
stromen
kan
een
oxigraaf
de
zuurstofspanning
meten.
Wanneer
er
oxidatieve
fosforylering
plaatsvindt,
wordt
de
spanning
lager.
Zuurstoof
wordt
omgezet
in
water.
In
een
oxygraaf
zit
een
buffer
(met
fosfaat),
mitochondriën
en
substraat.
o 10
μl
1
M
pyruvaat
o 4
μl
0,1
M
ADP
o 8
μl
0,1
M
ADP
P/O
ratio
P:
0,1
[mol/L]
x
4
μl
=
0,4
μmol
=
400
nmol
O:
zuurstofverbruik
is:
184,7
–
41,2
=
143,5
[nmol/min],
dit
verbruik
duurde
ongeveer
34
sec.
143,5
[nmol/min]
x
34
[sec]
x
1/60
[min/s]
=
81,3
nmol
O2
=
162,6
nmol
O
P/O:
400
/
162,6
=
2,5
Uit
pyruvaat
wordt
NADH
gevormd,
dus
1
NADH
molecuul
zorgt
voor
2,5
ATP.
Dit
is
NADH
oxidatie.
Wanneer
je
Succinaat
gebruikt
als
substraat
zal
de
P/O
ratio
1,5
zijn.
Dit
komt
door
Succinaat
FADH2
vormt
en
FADH2
zorgt
voor
1,5
ATP.
Dit
is
dus
FADH
oxidatie.
THERMODYNAMICA
Thermodynamica
gaat
over
warmte
en
kracht.
En
over
orde
en
wanorde.
o Nulde
wet
à
“thermische
equilibrium”
o Eerste
hoofdwet
à
altijd
evenveel
energie
o Tweede
hoofdwet
à
Wanorde
(entropie)
moet
altijd
toenemen
Temperatuur
à
maat
voor
de
gemiddelde
snelheid
van
de
moleculen.
Warmte
à
de
energie
die
vrijkomt
bij
botsingen
van
molecuelen.
Moleculen
–
Fysische
Chemie
Samenvatting
4
,
ATP
synthasome
à
bevat
ATP
synthase
en
PIC
(symport
van
H+
en
fosfaat)
ANC
(Adenine
nucleotide
carrier)
à
ATP
buiten
het
matrix,
ADP
in
het
matrix.
Vragen
over
thermodynamica:
Wat
is
het
systeem
en
wat
de
omgeving?
Systeem
en
omgeving
kunnen
warmte,
volume
en
materie
uitwisselen,
maar
materie
uitwisseling
is
vaak
selectief.
Er
zijn
verschillende
systemen;
o Open
systeem
à
alles
kan
uitgewisseld
worden
o Gesloten
systeem
à
Alleen
warmte
en
volume
o Adiabatisch
systeem
à
Alleen
volume
o Geïsoleerd
systeem
à
Niets
o Biologisch
systeem
à
half
open,
half
gesloten
systeem
T OESTANDSFUNCTIES
Toestandsfuncties
zijn
een
grootheid
die
alleen
afhankelijk
zijn
van
de
toestand
en
niet
op
welke
manier.
Maak
een
foto
van
de
situatie
en
je
ziet
de
toestandsfuncties.
Intrinsieke
toestandsfuncties
à
onafhankelijk
van
de
grootte
van
het
systeem
o Druk
o Temperatuur
o Concentratie
Extrinsieke
toestandsfuncties
à
evenredig
met
de
grootte
van
het
systeem
o Volume
o Massa
o Interne
energie
o Lading
o Aantal
mol
van
een
stof
B ALANSVERGELIJKINGEN
ΔX
=
ΔiX
+
ΔeX
ΔiX
à
netto
interne
productie
ΔeX
à
netto
import
(exchange)
Evenwicht
à
er
vinden
geen
processen
meer
plaats
Steady
state
à
er
vindt
netto
geen
processen
plaats
(heffen
elkaar
op)
In
de
steady
state
à
ΔX
=
0
B EHOUDSWET
ΔiX
=
0
Dit
betekent
dat
het
niet
gevormd
kan
worden
in
de
cel,
zoals
het
aantal
C-‐
atomen
of
massa.
E NERGIE
VAN
EEN
SYSTEEM
TOENEMEN
o Arbeid
op
het
systeem
verrichten
o Warmte
toevoegen
ΔU
=
ΔeU
=
q
+
W
U
(energie),
q
(warmte)
en
W
(arbeid)
Moleculen
–
Fysische
Chemie
Samenvatting
5
,
Utotaal=
Uintern
+
Ukinetisch
+
Upotentieel
Intern
à
chemische
energie
in
een
systeem
Kinetisch
à
energie
die
voortkomt
uit
de
beweging
van
een
systeem
Potentieel
à
energie
dat
ervoor
zorgt
dat
iets
sneller
gaat
(bv
zwaartekracht)
Biologische
systemen:
Utotaal
=
Uintern
De
enthalpie
(H)
is
de
hoeveelheid
totale
energie
in
een
systeem.
Bij
een
constante
druk
is
deze
gelijk
aan
de
warmte.
Bij
exotherme
reacties
neemt
de
enthalpie
af
en
bij
endotherme
reactie
toe.
o Volume-‐arbeid
W
=
-‐pΔV
o Ideale
gaswet
pV
=
nRT
o Enthalpie
H
=
U
+pV
E NERGIE
VAN
EEN
SYSTEEM
Een
systeem
heeft
energie
wanneer
het
systeem
arbeid
kan
verrichten
à
tegen
een
kracht
in
bewegen.
W ANORDE
Er
is
een
kans
van
½
dat
een
proton
is
het
linker
compartiment
zit.
Er
zijn
4
protonen
die
allemaal
½
kans
hebben
om
in
het
linker
compartiment
te
zitten.
Dus
voor
een
proton
is
de
kans
½^4
=
1/16
dat
hij
is
het
linker
compartiment
zit.
Er
zijn
in
totaal
8
plekken
waar
het
proton
kan
zitten,
4
links
en
4
rechts.
Wat
is
de
kans?
o 3
protonen
links?
à
er
zijn
4
mogelijkheden
hoe
de
protonen
zijn
verdeeld
in
het
linker
compartiment,
dus
4
x
1/16
=
¼
o 2
protonen
links?
à
er
zijn
6
mogelijkheden
voor
de
verdeling
in
het
linker
compartiment,
dus
6
x
1/16
=
3/8
De
laatste
optie
is
het
meest
wanordelijk
en
wanneer
alle
protonen
in
een
compartiment
zitten,
is
er
de
meeste
ordelijkheid.
Microscopische
subtoestanden
(Ω)
geeft
aan
op
hoeveel
manieren
de
moleculen
op
dezelfde
manier
verspreid
zitten.
!!
𝛺 =
4!
à
1.2.3.4
=
24
Nin
is
het
ene
compartiment,
N
de
andere
!!!!" ! .!!" !
𝑆 = 𝐾! . ln(𝛺)
KB
=
constante
van
Boltzman
à
1,38.10-‐23
J/K
Entropie
(S)
is
ook
een
toestandsfunctie,
dus
er
is
een
balanswet
voor.
!
𝛥! 𝑆 =
q
(hoeveelheid
warmte)
en
T
(absolutie
temperatuur)
!
H ET
EI
In
een
ei
neemt
de
orde
toe,
dit
is
een
paradox.
Het
ei
geeft
warmte
af
à
verhoogt
de
entropie
van
de
omgeving
à
kip
neemt
deze
warmte
op,
maar
de
kip
geeft
ook
warmte
af,
zodat
enzymen
kunnen
werken.
Moleculen
–
Fysische
Chemie
Samenvatting
6
–
FYSISCHE
CHEMIE
OXIDATIEVE
FOSFORYLERING
Mitochondrion
à
twee
membranen
Ontstaan
uit
samensmelting
aerobe
en
anaerobe
bacteriën
Redoxreacties
o Oxidatie:
afstaan
van
elektronen
o Reductie:
opnemen
van
elektronen
o Oxidator
neemt
elektronen
op
o Reducter
staat
elektronen
af
Geoxideerde
vorm
+
elektronen
ßà
gereduceerde
vorm
Redoxpotentiaal
(E0)
à
welke
kant
ligt
het
evenwicht
∆𝐺 ! = −𝑛 × 𝐹 × ∆𝐸
n
(#
elektronen)
F
(constante
van
Faraday)
à
96,48
kJ/mol/V
Metabolische
processen
produceren
NADH:
elektronen
worden
afgestaan
aan
NAD+.
Voorbeeld
½
O2
+
2H+
+
2e-‐
à
H2O
0,82
V
+ + + -‐
NADH
+
H
à
NAD
+
2H
+
2e
0,32
V
NADH
+
½
O2
+
H+
à
NAD+
+
H2O
ΔG0
=
-‐2
x
96,48
x
0,82
=
-‐158,23
ΔG0
=
-‐2
x
96,48
x
0,32
=
-‐61,75
-‐158,23
+
-‐61,75
=
-‐228
kJ/mol
ΔG0
ATP
synthese
=
-‐30
kJ/mol
-‐228
/
-‐30
=
ongeveer
7
ATP/NADH
C OMPLEX
I
–
NADHQ-‐ OXIDOREDUCTASE
NADH
staat
2
e-‐
af
aan
FMN
(Flavin-‐mononucleotide).
FMN
geeft
vervolgens
de
elektronen
over
aan
(3)
ijzerzwavelclusters.
In
deze
ijzerzwavelclusters
worden
Fe3+
ionen
gereduceerd
tot
Fe2+,
hierdoor
kunnen
de
elektronen
weer
doorgegeven
worden.
De
laatste
ijzerzwavelcluster
geeft
de
elektronen
af
aan
een
Q
carrier
(ubiquinol)
waardoor
Q
reageert
met
2
H+
tot
QH2
(ubiquinone).
QH2
wordt
getransporteerd
naar
de
Q
pool
(complex
2,3,4).
Tijdens
dit
proces
worden
4
H+
naar
buiten
gepompt.
Soms
neemt
Q
maar
1
H+
op,
waardoor
er
een
radicaal
ontstaat.
Dit
zijn
voornamelijk
ouderdomsverschijnselen.
Moleculen
–
Fysische
Chemie
Samenvatting
1
,
C OMPLEX
III
–
Q
CYTOCHROOM
C
OXIDOREDUCTASE
Complex
3
bevat
veel
heemgroepen
(Fe2/3+).
De
elektronen
van
de
Q-‐pool
worden
afgegeven
aan
complex
3.
QH2
staat
één
elektron
af
aan
cytochroom
C
en
de
twee
H+
worden
afgegeven
aan
de
ruimte
tussen
de
membranen.
Hierdoor
ontstaat
er
een
radicaal
Q.
In
het
tweede
proces
komt
er
een
tweede
Q
pool
met
een
QH2.
Deze
QH2
geeft
ook
één
elektron
af
aan
een
ander
cytochroom
C
en
de
twee
H+
worden
weer
afgegeven
aan
de
ruimte
tussen
de
membranen.
Hierbij
ontstaat
er
ook
een
radicaal
Q.
Deze
radicaal
geeft
immers
zijn
tweede
elektron
af
aan
het
vorige
radicaal
Q.
Hierdoor
houd
je
Q
co-‐enzym
en
een
Q
co-‐enzym
dan
reageert
met
twee
H+
tot
QH2.
Dit
is
de
Q-‐cycle
Netto
worden
er
4
H+
naar
buiten
gepompt
en
gaan
er
twee
cytochroom
C
enzymen
naar
complex
4.
C OMPLEX
IV
–
C YTOCHROOM
C
OXIDASE
Complex
4
bevat
ook
veel
heemgroepen.
Twee
cytochroom
C
enzymen
binden
per
cyclus.
Het
cytochroom
C
geeft
zijn
elektron
af
aan
een
Cu/Cu
eenheid.
Vervolgens
worden
ze
afgegeven
via
heemgroep
α
aan
heemgroep
α3.
Hierdoor
komen
de
Fe
en
Cu
groep
in
een
gereduceerde
vorm
en
binden
O2
waardoor
er
een
peroxidebrug
ontstaat.
Er
komen
twee
H+
en
2
extra
e-‐
bij,
die
de
peroxidebrug
verbreekt.
Er
worden
nog
twee
H+
opgenomen,
hierdoor
ontstaan
er
twee
H2O
en
worden
afgegeven.
Complex
4
bevindt
zich
weer
in
de
beginstand.
Netto
worden
er
2
H+
naar
buiten
gepompt
en
zijn
de
elektronen
afgegeven
aan
O2.
Voor
deze
stap
zijn
er
in
totaal
4
cytochroom
C
enzymen
nodig.
Per
1
mol
NADH
wordt
er
½
mol
O2
(1
mol
O)
verbruikt.
COMPLEX
II
–
S UCCINATE -‐Q
REDUCTASE
Complex
2
krijgt
de
elektronen
van
FADH2
in
plaats
van
NADH.
FADH2
zit
meestal
vast
aan
een
enzym
en
is
dus
een
prosthetische
groep.
De
elektronen
zijn
afkomstig
uit
de
β-‐oxidatie
van
vetzuren.
FADH2
geeft
zijn
elektronen
af
aan
het
co-‐enzym
Q
waardoor
QH2
ontstaat.
De
rest
van
de
elektronen
flow
gaat
hetzelfde
als
bij
NADH,
maar
de
netto
opbrengst
voor
ATP
is
van
NADH
hoger
dan
voor
FADH2.
Dit
komt
doordat
FADH2
het
eerste
complex
overslaat,
hierdoor
worden
er
4
protonen
minder
naar
buiten
gepompt
voor
de
protonengradiënt.
NADH
à
2,5
ATP
FADH2
à
1,5
ATP
P OMPEN
VAN
PROTONEN
De
complexen
hebben
eerst
een
hoge
affiniteit
voor
protonen,
waardoor
er
protonen
zijn
gebonden
aan
de
complexen.
Na
de
binding
verandert
het
complex
van
conformatie
en
daalt
de
affiniteit.
De
protonen
worden
weer
losgelaten
aan
de
andere
kant
van
het
membraan.
En
de
begin
conformatie
is
hersteld.
Bij
complex
1
is
er
een
conformatie
verandering
bij
binding
van
NADH.
Door
binding
van
NADH
wordt
Q
gereduceerd
en
hierdoor
verplaatsen
horizontale
α-‐helices.
En
de
protonen
kunnen
naar
buiten.
Moleculen
–
Fysische
Chemie
Samenvatting
2
,
ATP
SYNTHASE
–
(C OMPLEX
V)
Door
de
protonen
gradiënt
ontstaat
er
een
negatieve
lading
aan
de
binnenkant
van
het
mitochondrion.
Hierdoor
ontstaat
er
een
flow
van
protonen
terug
het
mitochondrion
in.
Deze
flow
wordt
gebruikt
door
ATP-‐synthase
voor
ATP
synthese.
ATP-‐synthase
bestaat
uit
een
katalytisch
(F1)
deel
en
een
proton
conductie
eenheid
(F0).
F1
heeft
3
α-‐ketens
en
3
β-‐ketens
(hier
vindt
de
katalytische
reactie
plaats).
F0
heeft
een
hydrofobe
eigenschap
(zit
dus
in
het
membraan)
een
heeft
10
tot
14
C
subeenheden.
ADP
+
Pi
wordt
omgezet
tot
ATP
in
de
β-‐eenheden,
hiervoor
is
energie
nodig
en
deze
energie
zit
in
de
subeenheid
zelf.
Om
ATP
te
dissociëren
is
de
proton
gradiënt
nodig,
zoals
hieronder
wordt
weergegeven.
De
protonen
binden
aan
een
aspartaat
residu
in
F0,
draaien
een
rondje
met
de
klok
mee
en
worden
losgelaten
aan
de
andere
kant.
Door
deze
rotatie,
kan
γ-‐eenheid
ook
draaien.
De
β-‐ketens
in
F1
kunnen
in
drie
verschillende
conformatie
voorkomen.
L
conformatie
à
ADP
+
Pi
binding
T
conformatie
à
ATP
synthese
O
conformatie
à
ATP
dissociatie
Het
aantal
C-‐eenheden
bepaalt
hoeveel
protonen
er
nodig
zijn
voor
3
ATP
(3
β-‐ketens).
R EGULATIE
ATP
SYNTHESE
Bij
veel
ATP
is
alle
ADP
omgezet,
hierdoor
wordt
de
ATP
synthese
gestopt
en
worden
er
geen
protonen
terug
gepompt.
Dit
heeft
als
gevolg
dat
proton
gradiënt
te
hoog
om
nog
meer
protonen
over
het
membraan
te
pompen
en
wordt
NADH
niet
omgezet.
Er
is
dus
genoeg
NADH
in
de
cel
en
hoeft
er
geen
substraatafbraak
te
zijn.
De
cel
zal
uiteindelijk
dood
gaan,
omdat
de
metabolisme
stilstaat
en
er
een
hoge
osmotische
waarde
is
in
de
cellen.
Hierdoor
trekken
de
cellen
water
aan
en
zullen
ontploffen.
Thermogenine
is
een
protonkanaal
in
het
membraan,
UPC-‐1
kanaal.
Hierdoor
wordt
de
proton
gradiënt
verlaagt
zonder
dat
er
ATP
synthese
is.
Deze
kanalen
komen
vooral
voor
in
BAT
(Brown
adipose
tissue).
De
energie
die
vrijkomt
bij
de
terugstroom
van
protonen
wordt
omgezet
in
warmte.
Er
zijn
stoffen
die
het
proces
ontkoppelen,
waardoor
dit
plaatst
kan
vinden.
Dit
zijn
ontkopperlaars.
Moleculen
–
Fysische
Chemie
Samenvatting
3
,
D E
OXYGRAAF
De
oxigraaf
meet
de
activiteit
van
de
ademhalingsketen.
Door
elektrische
stromen
kan
een
oxigraaf
de
zuurstofspanning
meten.
Wanneer
er
oxidatieve
fosforylering
plaatsvindt,
wordt
de
spanning
lager.
Zuurstoof
wordt
omgezet
in
water.
In
een
oxygraaf
zit
een
buffer
(met
fosfaat),
mitochondriën
en
substraat.
o 10
μl
1
M
pyruvaat
o 4
μl
0,1
M
ADP
o 8
μl
0,1
M
ADP
P/O
ratio
P:
0,1
[mol/L]
x
4
μl
=
0,4
μmol
=
400
nmol
O:
zuurstofverbruik
is:
184,7
–
41,2
=
143,5
[nmol/min],
dit
verbruik
duurde
ongeveer
34
sec.
143,5
[nmol/min]
x
34
[sec]
x
1/60
[min/s]
=
81,3
nmol
O2
=
162,6
nmol
O
P/O:
400
/
162,6
=
2,5
Uit
pyruvaat
wordt
NADH
gevormd,
dus
1
NADH
molecuul
zorgt
voor
2,5
ATP.
Dit
is
NADH
oxidatie.
Wanneer
je
Succinaat
gebruikt
als
substraat
zal
de
P/O
ratio
1,5
zijn.
Dit
komt
door
Succinaat
FADH2
vormt
en
FADH2
zorgt
voor
1,5
ATP.
Dit
is
dus
FADH
oxidatie.
THERMODYNAMICA
Thermodynamica
gaat
over
warmte
en
kracht.
En
over
orde
en
wanorde.
o Nulde
wet
à
“thermische
equilibrium”
o Eerste
hoofdwet
à
altijd
evenveel
energie
o Tweede
hoofdwet
à
Wanorde
(entropie)
moet
altijd
toenemen
Temperatuur
à
maat
voor
de
gemiddelde
snelheid
van
de
moleculen.
Warmte
à
de
energie
die
vrijkomt
bij
botsingen
van
molecuelen.
Moleculen
–
Fysische
Chemie
Samenvatting
4
,
ATP
synthasome
à
bevat
ATP
synthase
en
PIC
(symport
van
H+
en
fosfaat)
ANC
(Adenine
nucleotide
carrier)
à
ATP
buiten
het
matrix,
ADP
in
het
matrix.
Vragen
over
thermodynamica:
Wat
is
het
systeem
en
wat
de
omgeving?
Systeem
en
omgeving
kunnen
warmte,
volume
en
materie
uitwisselen,
maar
materie
uitwisseling
is
vaak
selectief.
Er
zijn
verschillende
systemen;
o Open
systeem
à
alles
kan
uitgewisseld
worden
o Gesloten
systeem
à
Alleen
warmte
en
volume
o Adiabatisch
systeem
à
Alleen
volume
o Geïsoleerd
systeem
à
Niets
o Biologisch
systeem
à
half
open,
half
gesloten
systeem
T OESTANDSFUNCTIES
Toestandsfuncties
zijn
een
grootheid
die
alleen
afhankelijk
zijn
van
de
toestand
en
niet
op
welke
manier.
Maak
een
foto
van
de
situatie
en
je
ziet
de
toestandsfuncties.
Intrinsieke
toestandsfuncties
à
onafhankelijk
van
de
grootte
van
het
systeem
o Druk
o Temperatuur
o Concentratie
Extrinsieke
toestandsfuncties
à
evenredig
met
de
grootte
van
het
systeem
o Volume
o Massa
o Interne
energie
o Lading
o Aantal
mol
van
een
stof
B ALANSVERGELIJKINGEN
ΔX
=
ΔiX
+
ΔeX
ΔiX
à
netto
interne
productie
ΔeX
à
netto
import
(exchange)
Evenwicht
à
er
vinden
geen
processen
meer
plaats
Steady
state
à
er
vindt
netto
geen
processen
plaats
(heffen
elkaar
op)
In
de
steady
state
à
ΔX
=
0
B EHOUDSWET
ΔiX
=
0
Dit
betekent
dat
het
niet
gevormd
kan
worden
in
de
cel,
zoals
het
aantal
C-‐
atomen
of
massa.
E NERGIE
VAN
EEN
SYSTEEM
TOENEMEN
o Arbeid
op
het
systeem
verrichten
o Warmte
toevoegen
ΔU
=
ΔeU
=
q
+
W
U
(energie),
q
(warmte)
en
W
(arbeid)
Moleculen
–
Fysische
Chemie
Samenvatting
5
,
Utotaal=
Uintern
+
Ukinetisch
+
Upotentieel
Intern
à
chemische
energie
in
een
systeem
Kinetisch
à
energie
die
voortkomt
uit
de
beweging
van
een
systeem
Potentieel
à
energie
dat
ervoor
zorgt
dat
iets
sneller
gaat
(bv
zwaartekracht)
Biologische
systemen:
Utotaal
=
Uintern
De
enthalpie
(H)
is
de
hoeveelheid
totale
energie
in
een
systeem.
Bij
een
constante
druk
is
deze
gelijk
aan
de
warmte.
Bij
exotherme
reacties
neemt
de
enthalpie
af
en
bij
endotherme
reactie
toe.
o Volume-‐arbeid
W
=
-‐pΔV
o Ideale
gaswet
pV
=
nRT
o Enthalpie
H
=
U
+pV
E NERGIE
VAN
EEN
SYSTEEM
Een
systeem
heeft
energie
wanneer
het
systeem
arbeid
kan
verrichten
à
tegen
een
kracht
in
bewegen.
W ANORDE
Er
is
een
kans
van
½
dat
een
proton
is
het
linker
compartiment
zit.
Er
zijn
4
protonen
die
allemaal
½
kans
hebben
om
in
het
linker
compartiment
te
zitten.
Dus
voor
een
proton
is
de
kans
½^4
=
1/16
dat
hij
is
het
linker
compartiment
zit.
Er
zijn
in
totaal
8
plekken
waar
het
proton
kan
zitten,
4
links
en
4
rechts.
Wat
is
de
kans?
o 3
protonen
links?
à
er
zijn
4
mogelijkheden
hoe
de
protonen
zijn
verdeeld
in
het
linker
compartiment,
dus
4
x
1/16
=
¼
o 2
protonen
links?
à
er
zijn
6
mogelijkheden
voor
de
verdeling
in
het
linker
compartiment,
dus
6
x
1/16
=
3/8
De
laatste
optie
is
het
meest
wanordelijk
en
wanneer
alle
protonen
in
een
compartiment
zitten,
is
er
de
meeste
ordelijkheid.
Microscopische
subtoestanden
(Ω)
geeft
aan
op
hoeveel
manieren
de
moleculen
op
dezelfde
manier
verspreid
zitten.
!!
𝛺 =
4!
à
1.2.3.4
=
24
Nin
is
het
ene
compartiment,
N
de
andere
!!!!" ! .!!" !
𝑆 = 𝐾! . ln(𝛺)
KB
=
constante
van
Boltzman
à
1,38.10-‐23
J/K
Entropie
(S)
is
ook
een
toestandsfunctie,
dus
er
is
een
balanswet
voor.
!
𝛥! 𝑆 =
q
(hoeveelheid
warmte)
en
T
(absolutie
temperatuur)
!
H ET
EI
In
een
ei
neemt
de
orde
toe,
dit
is
een
paradox.
Het
ei
geeft
warmte
af
à
verhoogt
de
entropie
van
de
omgeving
à
kip
neemt
deze
warmte
op,
maar
de
kip
geeft
ook
warmte
af,
zodat
enzymen
kunnen
werken.
Moleculen
–
Fysische
Chemie
Samenvatting
6
