Biochemie II: metabolisme
Deel 7: Basisconcepten en design in metabolisme
1. Het metabolisme is samengesteld uit veel gekoppelde,
onderling verbindende reacties
Algemeen
• Levende organismen zijn in voortdurende uitwisseling met hun
omgeving:
- Zowel energie, als materie
• Voeding omvat de inname van voedsel (gedefinieerd in een zeer
ruime zin) als bron van grondstoffen en Gibbs vrije energie
• De resulterende afbraakproducten worden vrijgegeven in het milieu
en worden gerecycleerd
- Gebeurt terwijl de organismen een steady state aanhouden
→ balans tussen energie input en output
• = Metabolische homeostase = het behoud van een dynamisch
steady state door regulatiemechanismen die compenseren voor
veranderingen in externe omstandigheden
• Organisme probeert fluctuaties zo klein mogelijk te houden
Metabolisme
• Het geheel van enzym gekatalyseerde omzettingen van moleculen in levende cellen → het
totaal van alle afbrekende en biosynthetische cellulaire reacties
• Specifieke reactiepaden die bepaalde reactie tussenproducten (metabolieten) worden
metabole paden
• De reacties van metabole routes worden gekatalyseerd door specifieke enzymen
(zie Biochemie I)
2. De cel heeft 2 hoofd metabolische ‘snelwegen’:
katabolisme & anabolisme
Katabolisme
• Omvat het oogsten van energie uit verschillende bronnen:
- Afbraak (oxidatie) van ingenomen voedsel en
opgeslagen voedingsstoffen
• Exergonisch (spontaan)
• Oxidatiereacties worden gebruikt om elektronen vrij te maken,
die worden opgevangen door elektronendragers (bouwen
reductiepotentiaal op)
• Genereren van ATP
1
,Anabolisme
• Omvat de investering van energie om arbeid te verrichten:
- Synthese en het transport van complexe biomoleculen
- Aandrijven van alle onderliggende processen
• Endergonisch (niet spontaan)
• De elektronen die nodig zijn voor de reductiereacties worden geleverd door de
elektronendragers (gegenereerd tijdens het katabolisme)
• De nodige ATP-moleculen (gegenereerd tijdens het katabolisme) worden opgevraagd en
verbruikt
Pijlen in omgekeerde richting!
Cellulaire respiratie
• Voor veel organismen die onder aerobe omstandigheden leven, zullen de katabole routes de
metabole brandstoffen (glucose, vetzuren, aminozuren) volledig oxideren tot H2O en CO2
• Elk stofwisselingsproces dat leidt tot de opname van O2 en afgifte van CO2 = cellulaire
ademhaling → bestaat uit drie fasen
- Fase 1: organische brandstofmoleculen (glucose,
aminozuur, vetzuren) worden geoxideerd om 2
C-fragmenten in de vorm van acetyl-CoA te verkrijgen
→ activatie Krebcyclus
- Fase 2: acetylgroepen worden geoxideerd tot CO2 met
behulp van NADH en FADH2 (= elektronen-carriers)
- Fase 3: e- worden overgebracht naar e--transportketen
Hier worden ze gebruikt om een protonengradiënt te
creëren die nodig is voor de ATP-productie (O2 is de
uiteindelijke e--acceptor → vorming van H2O)
Op EX: figuur gegeven waarbij enkele begrippen zijn
weg gelaten → figuur volledig kunnen uitleggen!
2
,Oxidatietoestand
• Voor een C-atoom:
- C = 4 – (#e- die behoren tot een covalente binding of een vrij elektronenpaar)
• Hangt af van de elektronegativiteit van de covalente bindingspartner
- Atoom met een lagere elektronegativiteit (vb. H) → e- behoren tot C
- Atoom met een hogere elektronegativiteit (vb. O) → e- behoren tot ander atoom
- Atoom met dezelfde elektronegativiteit (vb. C) → e- behoren tot C
Negatieve oxidatietoestand:
• C is rijk aan elektronen
• Bevat elektronen die kunnen afgegeven worden door oxidatie
• Energierijk
Positieve oxidatietoestand:
• C is arm aan elektronen
• Bevat geen elektronen die kunnen afgegeven worden door oxidatie
• Energiearm
Belangrijk
• Brandstoffen worden afgebroken = katabolisme
• Grote moleculen worden opgebouwd = anabolisme
• Uitgevoerd in een reeks gekoppelde reacties = metabolische pathways
• Katabolisme is convergerend
• Anabolisme is divergerend
• Leidt tot het vermoeden dat metabole pathways zeer georganiseerd zijn en dat een beperkt
aantal tussenproducten een centrale rol speelt in het metabolisme
3
, Acetyl-CoA is het centrale molecule dat zorgt voor de initiatie van de krebcyclus
Overzicht plaats in cel van verschillende hoofdstukken
4
Deel 7: Basisconcepten en design in metabolisme
1. Het metabolisme is samengesteld uit veel gekoppelde,
onderling verbindende reacties
Algemeen
• Levende organismen zijn in voortdurende uitwisseling met hun
omgeving:
- Zowel energie, als materie
• Voeding omvat de inname van voedsel (gedefinieerd in een zeer
ruime zin) als bron van grondstoffen en Gibbs vrije energie
• De resulterende afbraakproducten worden vrijgegeven in het milieu
en worden gerecycleerd
- Gebeurt terwijl de organismen een steady state aanhouden
→ balans tussen energie input en output
• = Metabolische homeostase = het behoud van een dynamisch
steady state door regulatiemechanismen die compenseren voor
veranderingen in externe omstandigheden
• Organisme probeert fluctuaties zo klein mogelijk te houden
Metabolisme
• Het geheel van enzym gekatalyseerde omzettingen van moleculen in levende cellen → het
totaal van alle afbrekende en biosynthetische cellulaire reacties
• Specifieke reactiepaden die bepaalde reactie tussenproducten (metabolieten) worden
metabole paden
• De reacties van metabole routes worden gekatalyseerd door specifieke enzymen
(zie Biochemie I)
2. De cel heeft 2 hoofd metabolische ‘snelwegen’:
katabolisme & anabolisme
Katabolisme
• Omvat het oogsten van energie uit verschillende bronnen:
- Afbraak (oxidatie) van ingenomen voedsel en
opgeslagen voedingsstoffen
• Exergonisch (spontaan)
• Oxidatiereacties worden gebruikt om elektronen vrij te maken,
die worden opgevangen door elektronendragers (bouwen
reductiepotentiaal op)
• Genereren van ATP
1
,Anabolisme
• Omvat de investering van energie om arbeid te verrichten:
- Synthese en het transport van complexe biomoleculen
- Aandrijven van alle onderliggende processen
• Endergonisch (niet spontaan)
• De elektronen die nodig zijn voor de reductiereacties worden geleverd door de
elektronendragers (gegenereerd tijdens het katabolisme)
• De nodige ATP-moleculen (gegenereerd tijdens het katabolisme) worden opgevraagd en
verbruikt
Pijlen in omgekeerde richting!
Cellulaire respiratie
• Voor veel organismen die onder aerobe omstandigheden leven, zullen de katabole routes de
metabole brandstoffen (glucose, vetzuren, aminozuren) volledig oxideren tot H2O en CO2
• Elk stofwisselingsproces dat leidt tot de opname van O2 en afgifte van CO2 = cellulaire
ademhaling → bestaat uit drie fasen
- Fase 1: organische brandstofmoleculen (glucose,
aminozuur, vetzuren) worden geoxideerd om 2
C-fragmenten in de vorm van acetyl-CoA te verkrijgen
→ activatie Krebcyclus
- Fase 2: acetylgroepen worden geoxideerd tot CO2 met
behulp van NADH en FADH2 (= elektronen-carriers)
- Fase 3: e- worden overgebracht naar e--transportketen
Hier worden ze gebruikt om een protonengradiënt te
creëren die nodig is voor de ATP-productie (O2 is de
uiteindelijke e--acceptor → vorming van H2O)
Op EX: figuur gegeven waarbij enkele begrippen zijn
weg gelaten → figuur volledig kunnen uitleggen!
2
,Oxidatietoestand
• Voor een C-atoom:
- C = 4 – (#e- die behoren tot een covalente binding of een vrij elektronenpaar)
• Hangt af van de elektronegativiteit van de covalente bindingspartner
- Atoom met een lagere elektronegativiteit (vb. H) → e- behoren tot C
- Atoom met een hogere elektronegativiteit (vb. O) → e- behoren tot ander atoom
- Atoom met dezelfde elektronegativiteit (vb. C) → e- behoren tot C
Negatieve oxidatietoestand:
• C is rijk aan elektronen
• Bevat elektronen die kunnen afgegeven worden door oxidatie
• Energierijk
Positieve oxidatietoestand:
• C is arm aan elektronen
• Bevat geen elektronen die kunnen afgegeven worden door oxidatie
• Energiearm
Belangrijk
• Brandstoffen worden afgebroken = katabolisme
• Grote moleculen worden opgebouwd = anabolisme
• Uitgevoerd in een reeks gekoppelde reacties = metabolische pathways
• Katabolisme is convergerend
• Anabolisme is divergerend
• Leidt tot het vermoeden dat metabole pathways zeer georganiseerd zijn en dat een beperkt
aantal tussenproducten een centrale rol speelt in het metabolisme
3
, Acetyl-CoA is het centrale molecule dat zorgt voor de initiatie van de krebcyclus
Overzicht plaats in cel van verschillende hoofdstukken
4
