Samenvatting hoofdstuk 8 enzymologie: Basisconcepten metabolisme, 2e bachelor biomedische wetenschappen

Hoofdstuk 8: Metabolisme: basisconcepten en structuur

Overzicht metabolisme

Cel heeft energie nodig voor processen zoals mechanische arbeid, actief transport, synthese van
biomoleculen …  energie productie:

 Fototrofen: gebruiken energie van zonlicht om biomoleculen te synthetiseren
CO2 + H2O  CH2O + O2
 Chemotrofen: halen energie uit de afbraak van voedingsstoffen uit de omgeving
CH2O + O2  CO2 + H2O

Metabolisme = katabolisme (energie komt vrij) + anabolisme (energie nodig)

3 fasen katabolisme:

1. Afbraak biomoleculen in bouwstenen (vb. poysacchariden naar individuele
suikers)
2. Afbraak bouwstenen tot kleinere intermediaire moleculen
3. Afbraak tot CO2, H2O en NH3 + vorming van energie

vertrekken apart maar convergeren naar dezelfde afbraak producten

Thermodynamisch ongunstige reacties kunnen gedreven worden door thermodynamisch gunstige
reacties: metabole weg moet in totaal thermodynamisch gunstig zijn  alle ΔG’s opgeteld moet
negatief zijn om pathway te laten doorgaan = additieregel



Energie transfer

Energie die vrijkomt via katabolisme moet efficiënt worden getransfereerd via ATP en
oxidatiereacties

ATP:

 Komt nooit vrij voor in de cel maar als complex met Mg2+ of Mn2+
 Energierijk molecule: trifosfaat bevat 2 fosfo-anhydride bindingen
 Grote hoeveelheid energie komt vrij als ATP en wordt gehydrolyseerd
ATP + H2O  ADP + Pi (ΔG0’ = -30,5 kJ/mol)
ATP + H2O  AMP + PPi (ΔG0’ = -45,6 kJ/mol)
 Werkelijke ΔG van ATP hydrolyse afhankelijk van pH, Mg2+/Mn2+ concentratie, verhouding
ATP/ADP
 Gebruik andere nucleotiden: GTP, UTP, CTP

ATP hydrolyse drijft metabolisme door evenwicht te verschuiven van gekoppelde reacties

Vb.

= additieregel

, Structurele basis van hoge transfer potentiaal van ATP:

 Fosfaat transfer potentiaal = neiging van molecule om fosfaatgroep af te geven
ATP + H2O  ADP + Pi (ΔG0’ = -30,5 kJ/mol)
Glycerol 3P + H2O  glycerol + Pi (ΔG0’ = -9,2kJ/mol)
Glycerol 3P heeft fosfo-anhydridebinding dus kan hydrolyseerd worden naar glycerol, maar
ΔG0 minder negatief dus geeft minder graag af aan water  ATP heeft hogere fosfaattranser
potentiaal
 Waarom komt er zo veel energie vrij?
1. Resonantie stabilisatie
ATP: 16 resonantie canonieken
ADP/Pi: 18 resonantie canonieken

4 negatieve ladingen worden verspreid



2. Elektrostatische repulsie
trifosfaat van ATP: 4 negatieve ladingen dicht bij elkaar, ADP: 3 negatieve ladingen
dicht bij elkaar -> negatieve ladingen gaan elkaar afstoten = elektrostatische repulsie
3. Solvatatie
Water bindt beter aan ADP en Pi dan aan ATP -> samen beter oplosbaar in water
4. Stijging in entropie
Entropie ATP lager dan entropie ADP + Pi

Fosfaat transfer potentiaal is belangrijke vorm van cellulaire energie transformatie:

- PEP: kan fosfaatgroep transfereren naar ADP
- Creatine fosfaat: batterij van energie voor spierweefsel
- 1,3BPG: intermediair in glycolyse
 Hebben hogere fosfaat transfer potentiaal dan ATP (dus negatievere ΔG0)

Spierinspanning:

ATP is binnen paar seconde opgebruikt, creatine fosfaat ook ->
geen ATP meer genereren  afbraak van voeding door aerobe
of anaerobe metabolisme




Oxidatie van koolstofbrandstof is belangrijke bron van
cellulaire energie:

 Aërobe organismen: laatste elektronen acceptor in elektronen transport keten = O2 en
oxidatie product = CO2
 Graad van oxidatie afhankelijk van oxidatiegetal: hoe meer gereduceerd C atoom, hoe meer
exergonisch de reactie, hoe meer energie er gevormd kan worden
Koolstofatomen van vetzuur meer gereduceerd dan die van suiker -> meer energie
 Substraat oxidatie is energiebron (vetzuren, suikers), ATP is enkel energie transfer systeem