Samenvatting Molecular Biology of the Cell, ISBN: 9780815344643 Celbiologie (5102CELB9Y)

MOLECULAR BIOLOGY OF THE CELL

CHAPTER 2 CELL CHEMISTRY AND BIOENERGETICS

CATALYSIS AND THE USE OF ENERGY BY CELLS
Levende organismen kunnen orde creëren en behouden (fig. 2-12)

- Elke cel is een kleine chemische fabriek; hij voert miljoenen reacties uit



Enzymen = biologische katalysators. Enzymen katalyseren de chemische reacties in cellen.

Enzymen katalyseren specifiek bepaalde chemische reacties in de cel (fig. 2-13)

Enzymen zorgen ervoor dat cellen kunnen overleven, groeien en zich reproduceren



Twee verschillende soorten chemische reacties in cellen:

1) katabolisme

GROTE moleculen  KLEINE moleculen

- Vrijkomen van energie
- Kleine moleculen dienen als bouwblokken

2) anabolisme / biosynthese

KLEINE moleculen  GROTE moleculen

- Gebruiken van energie

Metabolisme – het proces van katabolisme en anabolisme (fig. 2-14)



De tweede wet van thermodynamica – in het universum/een geïsoleerd systeem stijgt de mate van
disorder altijd

- Fig. 2-15 beweging richting disorder is een spontaan proces
Beweging richting georganiseerde inspanning gebruikt energie



Entropie = de mate van disorder in een systeem

- Hoe groter de disorder, hoe groter de entropie

De tweede wet van thermodynamica – systemen zullen spontaan veranderen naar systemen met
grotere entropie

,Cellen zijn geen geïsoleerde systemen: ze nemen energie uit de omgeving op en gebruiken deze
energie

De orde in de cel wordt gecompenseerd door de disorder buiten de cel. De cel kan energie in de
vorm van warmte aan de omgeving vrijgeven – dit zorgt voor een stijging van de intensiteit van
moleculaire motie. Hierdoor wordt de disorder buiten de cel verhoogd (fig. 2-16)



De eerste wet van thermodynamica – energie kan worden omgezet van de ene vorm naar de andere
vorm, maar energie kan niet geproduceerd of vernietigd worden (fig. 2-17)

- De totale energie blijft altijd GELIJK
- De hoeveelheid energie in de verschillende vormen verandert dankzij chemische reacties



Een directe koppeling van het ‘controlled burning’ van voedselmoleculen naar het genereren van
biologische orde is vereist voor cellen om een eiland van orde te creëren en te behouden in een
universum dat neigt nar chaos



Alle dieren- en plantencellen worden aangedreven door energie die opgeslagen is in de chemische
verbindingen van organische moleculen. Energie wordt gewonnen uit voedselmoleculen door een
proces van geleidelijke oxidatie / gecontroleerde verbranding



Aerobische respiratie – het proces waar organische moleculen en zuurstof (O 2) worden omgezet in
CO2 en H2O (fig. 2-18)

Fotosynthese  aerobische respiratie (= complementaire processen)



Het koolstofgebruik vormt een enorme cyclus die de biosfeer (alle levende organismen op aarde)
omvat (fig. 2-19)



Oxidatie = het proces waarbij er elektronenoverdracht plaatsvindt: er worden elektronen
VERWIJDERD

Reductie = het proces waarbij er elektronenoverdracht plaatsvindt: er worden elektronen
TOEGEVOEGD

Oxidatie en reductie vinden altijd TEGELIJKERTIJD plaats. Een molecuul verliest elektronen (oxidator)
en een ander molecuul krijgt er elektronen bij (reductor)



Ook bij een covalente binding (waarbij molecuul A een beetje negatief geladen is en molecuul B een
beetje positief geladen is) spreekt men van oxidatie en reductie (fig. 2-20)

, Als het verschil in elektronegativiteit groot genoeg is, ontstaat er een polaire covalente binding



A + e- + H+  AH (molecuul A krijgt een elektron en tegelijk ook een proton (H +)

Hydrogenation reacties = reductie reacties (een elektron + een proton (H +) wordt toegevoegd)

Dehydrogenation reacties = oxidatie reacties

- Reductie – het aantal C-H bindingen neemt TOE
- Oxidatie – het aantal C-H bindingen neemt AF



Chemische reacties verlopen spontaan alleen in de richting die leidt tot het verlies van vrije energie.
De spontane richting voor elke reactie is de richting die ‘bergafwaarts’ gaat (een ‘bergafwaartse’
reactie is degene die energetisch gunstig is



Een molecuul heeft activeringsenergie nodig (een trap over een energiebarrière) voordat het een
chemische reactie kan ondergaan waardoor het in een stabielere toestand blijft (fig. 2-21)

Enzymen verlagen de activeringsenergie. Enzymen binden aan één of meer moleculen (substraten)

Katalyst = een stof die de activeringsenergie van een reactie kan verlagen (fig. 2-22)



Een enzym verschuift niet het evenwicht van een reactie (fig. 2-23)

- Enzym verlaagt de activeringsenergie voor Y  X dan
verlaagt enzym ook de activeringsenergie voor X  Y

Enzymen zijn erg specifiek en precies. Elk enzym verlaagt selectief één bepaalde reactie (fig. 2-24)

Elk enzym heeft een unieke vorm die een active site bevat – de plek waar alleen bepaalde specifieke
substraten in passen (fig. 2-25)

Enzymen worden alleen GE-bruikt bij een reactie en niet VER-bruikt



Een relatief lage concentratie enzym en een relatief lage concentratie substraat vindt elkaar toch
heel erg snel, omdat het aantal botsingen tussen beide enorm groot is door de enorm snelle snelheid
op moleculair niveau.

Er zijn drie soorten moleculaire bewegingen:

1) de beweging van een molecuul van de ene plek naar de ander plek – translatiebeweging

2) de snelle heen-en-weer bewegingen van covalente verbonden atomen ten opzichte van elkaar –
vibraties

3) rotaties