volledige samenvatting Cel 3 (1e bach GNK/THK UGent)

Cel 3 :Energie en
metabolisme
H1: metabolisme

=verzamelnaam voor alle chemische reacties waarbij energie wordt
geproduceerd/verbruikt


1. Inleiding
 3 soorten metabolische routes:
1) Lineaire routes: bv vorming glucose
2) Cyclische routes: krebzuurcyclus
3) Vertakte routes: intermediairen van bepaalde weg kunnen startpunten
zijn voor nieuwe weg


 Metabolisme bestaat uit anabolisme en katabolisme (fig 1)

 Anabolisme: synthese van meer complexe producten uit eenvoudige
producten = ENDERGONISCH: energie wordt verbruikt
 Vorming NAD+, NADP+, ADP + Pi
 Spiercontractie, zenuwgeleiding, celdeling…

 Katabolisme: afbraak van meer complexe producten tot eenvoudige
producten met vorming van CO2, H2O,.. bij zoogdieren: verbruik O2
(=Oxidatie). =EXERGONISCH: energie komt vrij!
o Energie komt vrij: wordt gebruikt bij anabolisme voor verschillende
processen (bv propagatie zenuwpulsen, transport, celgroei,
celdeling…)
o Vorming intermediairen voor biosynthese (bv pyruvaat)
o ATP vormen
o Transfer van reducerende equivalenten naar NAD+ en NADP+ met
vorming van NADPH, NADH en een proton H+

Pyruvaat = intermediair: ofwel wordt deze door cel verder omgezet in CO2
en H2O, ofwel wordt dit intermediair als molecule verder verbruikt.
1

, Aminozuren, vetzuren en koolhydraten = voornaamste brandstoffen
 keuze is afhankelijk van type orgaan, voedingstoestand en hormonale status
 bv lever van diabeticus/ondervoed persoon: bevat te weinig
koolhydraten, daarom dienen lipiden als brandstof bij
diabetici/ondervoede personen
 erytrocyten/hersenweefsel: in normale toestand worden koolhydraten
als brandstof gebruikt)
 hart-en skeletspier: omzetting energie uit metabole processen in
mechanische

levende organismen: voortdurend ATP nodig (=Adenosine Tri Phosfate)
 mechanische energie verrichten
 biosynthese van macromoleculen uitgaande van eenvoudiger
precursoren
 transport van moleculen
 planten: fotosynthese


2. ATP als energiedrager
 ATP (fig 2)
 bestaat uit ribose, adenine & trifosfaat-eenheid: adenine is via
glycosidische binding verbonden met ribose ter vorming van adenosine
 actieve vorm: met Mg2+
 2 uiterste fosforylgroepen (beta en gamma) : energierijkst door
fosfoanhydrische bindingen: hydrolyse van energierijke
fosfoanhydridebindingen is de vrije energie die ontstaat veel groter dan
deze van een gewone fosfaat-esterbinding
o producten ontstaan bij hydrolyse van een energierijke binding zijn
stabieler dan oorspronkelijke binding
 synthese van ATP: vorming terminale fosfaatgroepen ATP
 afbraak van ATP: hydrolyse(+ H2O) terminale fosfaatgroepen ATP =>
energie komt vrij

ATP + H2O => ADP + Pi + H+
ATP + H2O => AMP + PPi
PPi+ H2O => Pi + Pi + vrijstelling energie

Pi = orthofosfaat
PPi= 2 Pi’s met vorming fosfoanhydridebinding (=Pyrofosfaat)

2

, AMP=adenosinemonophosfate
ADP= Adenosinediphosfate

 G = verschil in vrije energie tss reactieproducten en reagentia
 G < 0: spontane reactie => exergonisch: toenemende wanorde, K(ev)
>1
 G > 0: niet-spontane reactie => endergonisch: K(ev) < 1
 G = 0: reactie in evenwicht


 G ° => verschil in vrije energie bij standaardomstandigheden: pH = 0,
concentratie protonen = 1M


 G°‘ => verschil in vrije energie bij standaardomstandigen bij biochemische
reacties: pH = 7 en dus concentratie protonen = 10-7 M
 gewijzigde standaardomstandigheden


 Fysiologische G = actuele concentraties van biochemische producten
 Concentraties mM!
 Werkelijke vrije energie van ATP-hydrolyse is 76% hoger dan de
standaard energie van hydrolyse.
 Er bestaan verschillen in G bij verschillende weefsels doordat
concentraties ATP, ADP en Pi verschillen


 Koppeling van reacties: G is additief (totale delta G= som van alle delta G’s
apart)
 Reacties met positieve G kunnen doorgaan indien ze gekoppeld
worden aan andere reacties met negatieve G zodat de uiteindelijke
som < 0!
 enzym nodig voor koppeling: (in biochemische processen) vaak
afsplitsing ATP(=fosforylatie), kan ook met GTP, UTP en CTP
o A + B + ATP => AB + ADP + Pi
Voor veel biochemische reacties is de inbreng van energie door
afsplitsing van gamma-fosfaat onvoldoende
Oplossing 1) hydrolyse van ATP/XTP tot AMP+ PPi
 Daarna verdere hydrolyse van PPi tot 2 Pi => vrijstellen
additionele energie!!!
A+ ATP => AMP+A + PPi

3

, PPi = 2 Pi

Oplossing 2) vorming pyrofosfaat adduct
 Bv A+ ATP => A-PPi + AMP


 Lipiden = 3x zo hoge calorische waarde als koolhydraten/aminozuren
 Komt door oxidatietoestand van lipiden: koolstofatomen in koolhydraten
zijn meer geoxideerd dan koolstofatomen in lipiden


 ATP als energiedrager
 Zeer onderhevig aan turn-over: iedere ATP molecule wordt per dag
1000-1500 keer gerecycleerd
 Rustend persoon: verbruikt 40kg ATP per dag
 ADP + ADP => ATP + AMP -> reactie wordt gekatalyseerd door
adenylaat kinase (=myokinase)
 ATP wrdt vooral gevormd tijdens oxidatieve fosforylatie
 ATP: fosfaatgroepdonor

Redenen voor actieve karakter van ATP:

1) Fosfaatrest is bij pH=7 geïoniseerd en veroorzaakt elektrostatische
afstoting
o Bij splitsing komt deze repulsie-energie vrij en veroorzaakt een
negatieve G – spontaan
2) Resonantie van reactieproducten (ADP+P+H+) : stabieler, dus reactie
verschuift naar rechts
3) Reactie verloopt naar rechts door voortdurend wegnemen van H+ die
door omgeving wordt opgenomen (=le chatelier)


3. Andere energierijke verbindingen die ook een fosfaatgroep aan ADP
kunnen afstaan (hogere fosforyl-groe-transferpotentiaal dan ATP)
 Enolfosfaten
fosfoënolpyruvaat: gevormd op bijna einde van glycolyse
 een zeer onstabiel intermediair wordt gevormd (een enol) (=zorgt
voor hoge energie-inhoud van PEP)
 Dit onstabiele enol tautomerizeert tot stabielere ketonvorm (=het
eigenlijke pyruvaat): afsplitsen P mbv H2O (beetje E vrij) dan
tautomerie(veel E vrij) en P binden aan ADP tot ATP (ATP synthese)
4