MIB-20306 - Microbial Physiology
MIB-20306 colleges, P1 2019-2020
Datum College Onderwerp Pagina
02-09-19 1 Bioenergetics I 1
06-09-19 2 Bioenergetics II 4
09-09-19 3 Katabolisme 6
13-09-19 4 Sulfaatreductie 11
16-09-19 5 Nitraatreductie & ammonia oxidatie 13
16-09-19 6 Fotosynthese 15
20-09-19 7 Anabolisme 18
23-09-19 8 Pathway analyse 26
27-09-19 9 Methanogenese 31
28-09-19 10 Methaanoxidatie 37
30-09-19 11 Syntrophy 39
30-09-19 12 Bacteriën en elektriciteit 45
04-10-19 13 Biobrandstoffen 52
04-10-19 14 Succinaatproductie 56
, College 1 - Bioenergetics I
Work binnen de cel
- Chemical work, oftewel biosynthese
- Osmotic work, oftewel actief transport
- Mechanic work, oftewel actieve beweging
Hiervoor is energie nodig in de vorm van ATP (adenosine triphosphate).
ATP + H2O -> ADP + Pi ΔG0’ = -31,8 kJ
ADP + H2O -> AMP + Pi ΔG0’ = -31,8 kJ
ΔG staat voor de vrije Gibbs energie. Hiermee kun je bepalen of een reactie energie nodig
heeft of dat er juist energie bij vrijkomt.
Afbeelding 1.1
Katabolisme en anabolisme
Afbeelding 1.2
ATP kan van twee bronnen komen; een
chemische bron of een lichtbron.
Afbeelding 1.3
Energie is het vermogen om work te verrichten.
Alle chemische reacties in een cel gaan gepaard
met een energieverandering; energie komt vrij of
energie is nodig.
2
,Chemical potential μ:
𝑛 𝑛
ΔG = ∑ 𝜇𝑖,𝑝𝑟𝑜𝑑𝑢𝑐𝑡𝑠 − ∑ 𝜇𝑖,𝑟𝑒𝑎𝑐𝑡𝑎𝑛𝑡𝑠
𝑖=1 𝑖=1
ΔG < 0 exotherm (exergonic)
ΔG = 0 evenwicht (equilibrium)
ΔG > 0 endotherm (endergonic)
De verandering in Gibbs energie is gelijk aan de maximale hoeveelheid work die middels
een reactie verricht kan worden; in feite is het een maat voor hoe ver deze reactie van
zijn evenwicht verwijderd is.
De Gibbs energie kan op twee manieren berekend worden:
1. Middels de vormingsenergie ΔGf0
ΔGf0 is de vrije vormingsenergie, dit is de energie die vrijkomt wanneer een
bepaalde stof gevormd wordt.
A + B -> C + D
ΔG0’ = (ΔGf0C + ΔGf0D) - (ΔGf0A + ΔGf0B)
2. Middels het redoxpotentiaal E0’
Negatievere E0’ -> betere elektron donor
Positievere E0’ -> betere elektron acceptor
ΔG0’ = - n * F * ΔE0’
ΔE = E0’(elektron acceptor) - E0’(elektron donor)
𝑅𝑇 𝐴𝑟𝑒𝑑
Nernst equation: 𝐸 = 𝐸0 − 𝑛𝐹 ln 𝐴𝑜𝑥
R = gasconstante 8,314*10-3 kJ/K
T = absolute temperatuur
F = Faraday constante 96,55 kJ/V
n = aantal elektronen overgebracht
Ared/Aox = concentratie reactanten in M/atm
When two redox couples react, the reduced substance of the
couple whose E0’ is more negative donates electrons to the
oxidized substance to the substance whose E0’ is
more positive.
Afbeelding 4.1 - The
Redox tower
De “echte” ΔG wordt bepaald door de concentratie reactanten;
aA + bB -> cC + dD
[𝐶]𝑐 ∗ [𝐷]𝑑
𝐾=
[𝐴]𝑎 ∗ [𝐵]𝑏
ΔG’ = ΔG0’ + RT * ln K
3
, College 2 - Bioenergetics II
Syntrophy: “eating together”
Twee micro-organismen moeten samen groeien om energie te kunnen verkrijgen.
Hierbij verlopen er twee reacties tegelijk, waarbij elk van de twee organismen bij een
van de twee reacties betrokken is.
ATP synthese
- High energy compounds
- Reducing equivalents
Het katabolisme van chemotrofen bestaat voornamelijk uit redoxprocessen.
Respiration (ademhaling)
Ademhaling vindt plaats in de aanwezigheid van inorganische electron acceptors zoals
O2 (aerobic respiration), of bijvoorbeeld NO3-, SO42- (anaerobic respiration).
Het ATP synthese mechanisme hierbij betrokken is (voornamelijk) electron transport
phosphorylation (ETP).
Aerobe ademhaling: ETP (en SLP):
ΔG0’ = -2830 kJ/mol glucose
Fermentatie
Fermentatie vereist geen externe electron acceptors. Het ATP synthese mechanisme
hierbij betrokken is substrate level phosphorylation (SLP).
Fermentatie: SLP:
ΔG0’ = -198 kJ/mol glucose
Substrate level phosphorylation
De vorming van ATP is direct gekoppeld aan een (niet-membraan-gebonden)
biochemische reactie. ATP wordt opgewekt door het direct overbrengen van een
energierijk fosfaatmolecuul uit een gefosforyleerde organische stof naar ADP.
ADP + Pi -> ATP + H2O ΔG0’ = +31,8 kJ
4
MIB-20306 colleges, P1 2019-2020
Datum College Onderwerp Pagina
02-09-19 1 Bioenergetics I 1
06-09-19 2 Bioenergetics II 4
09-09-19 3 Katabolisme 6
13-09-19 4 Sulfaatreductie 11
16-09-19 5 Nitraatreductie & ammonia oxidatie 13
16-09-19 6 Fotosynthese 15
20-09-19 7 Anabolisme 18
23-09-19 8 Pathway analyse 26
27-09-19 9 Methanogenese 31
28-09-19 10 Methaanoxidatie 37
30-09-19 11 Syntrophy 39
30-09-19 12 Bacteriën en elektriciteit 45
04-10-19 13 Biobrandstoffen 52
04-10-19 14 Succinaatproductie 56
, College 1 - Bioenergetics I
Work binnen de cel
- Chemical work, oftewel biosynthese
- Osmotic work, oftewel actief transport
- Mechanic work, oftewel actieve beweging
Hiervoor is energie nodig in de vorm van ATP (adenosine triphosphate).
ATP + H2O -> ADP + Pi ΔG0’ = -31,8 kJ
ADP + H2O -> AMP + Pi ΔG0’ = -31,8 kJ
ΔG staat voor de vrije Gibbs energie. Hiermee kun je bepalen of een reactie energie nodig
heeft of dat er juist energie bij vrijkomt.
Afbeelding 1.1
Katabolisme en anabolisme
Afbeelding 1.2
ATP kan van twee bronnen komen; een
chemische bron of een lichtbron.
Afbeelding 1.3
Energie is het vermogen om work te verrichten.
Alle chemische reacties in een cel gaan gepaard
met een energieverandering; energie komt vrij of
energie is nodig.
2
,Chemical potential μ:
𝑛 𝑛
ΔG = ∑ 𝜇𝑖,𝑝𝑟𝑜𝑑𝑢𝑐𝑡𝑠 − ∑ 𝜇𝑖,𝑟𝑒𝑎𝑐𝑡𝑎𝑛𝑡𝑠
𝑖=1 𝑖=1
ΔG < 0 exotherm (exergonic)
ΔG = 0 evenwicht (equilibrium)
ΔG > 0 endotherm (endergonic)
De verandering in Gibbs energie is gelijk aan de maximale hoeveelheid work die middels
een reactie verricht kan worden; in feite is het een maat voor hoe ver deze reactie van
zijn evenwicht verwijderd is.
De Gibbs energie kan op twee manieren berekend worden:
1. Middels de vormingsenergie ΔGf0
ΔGf0 is de vrije vormingsenergie, dit is de energie die vrijkomt wanneer een
bepaalde stof gevormd wordt.
A + B -> C + D
ΔG0’ = (ΔGf0C + ΔGf0D) - (ΔGf0A + ΔGf0B)
2. Middels het redoxpotentiaal E0’
Negatievere E0’ -> betere elektron donor
Positievere E0’ -> betere elektron acceptor
ΔG0’ = - n * F * ΔE0’
ΔE = E0’(elektron acceptor) - E0’(elektron donor)
𝑅𝑇 𝐴𝑟𝑒𝑑
Nernst equation: 𝐸 = 𝐸0 − 𝑛𝐹 ln 𝐴𝑜𝑥
R = gasconstante 8,314*10-3 kJ/K
T = absolute temperatuur
F = Faraday constante 96,55 kJ/V
n = aantal elektronen overgebracht
Ared/Aox = concentratie reactanten in M/atm
When two redox couples react, the reduced substance of the
couple whose E0’ is more negative donates electrons to the
oxidized substance to the substance whose E0’ is
more positive.
Afbeelding 4.1 - The
Redox tower
De “echte” ΔG wordt bepaald door de concentratie reactanten;
aA + bB -> cC + dD
[𝐶]𝑐 ∗ [𝐷]𝑑
𝐾=
[𝐴]𝑎 ∗ [𝐵]𝑏
ΔG’ = ΔG0’ + RT * ln K
3
, College 2 - Bioenergetics II
Syntrophy: “eating together”
Twee micro-organismen moeten samen groeien om energie te kunnen verkrijgen.
Hierbij verlopen er twee reacties tegelijk, waarbij elk van de twee organismen bij een
van de twee reacties betrokken is.
ATP synthese
- High energy compounds
- Reducing equivalents
Het katabolisme van chemotrofen bestaat voornamelijk uit redoxprocessen.
Respiration (ademhaling)
Ademhaling vindt plaats in de aanwezigheid van inorganische electron acceptors zoals
O2 (aerobic respiration), of bijvoorbeeld NO3-, SO42- (anaerobic respiration).
Het ATP synthese mechanisme hierbij betrokken is (voornamelijk) electron transport
phosphorylation (ETP).
Aerobe ademhaling: ETP (en SLP):
ΔG0’ = -2830 kJ/mol glucose
Fermentatie
Fermentatie vereist geen externe electron acceptors. Het ATP synthese mechanisme
hierbij betrokken is substrate level phosphorylation (SLP).
Fermentatie: SLP:
ΔG0’ = -198 kJ/mol glucose
Substrate level phosphorylation
De vorming van ATP is direct gekoppeld aan een (niet-membraan-gebonden)
biochemische reactie. ATP wordt opgewekt door het direct overbrengen van een
energierijk fosfaatmolecuul uit een gefosforyleerde organische stof naar ADP.
ADP + Pi -> ATP + H2O ΔG0’ = +31,8 kJ
4
