BIOCHEMIE II
HOOFDSTUK 7: BASISCONCEPTEN EN ONTWERP VAN HET METABOLISME
Levende organismen hebben een input nodig om vervolgens een output te
genereren: input = voedsel, nutriënten
→ Nutriënten = inname van voeding als bron van energie
→ Levende organismen leven in constante uitwisseling met hun omgeving: energie,
materie, dus het zijn open systemen
Levende organismen voeren uitwisselingen uit terwijl ze zelf in een steady state zijn:
er is een balans tussen energie input en energie output = homeostase
Metabolische homeostase = behouden van een dynamische steady state door
regulatorische mechanismen die compenseren voor veranderingen in externe
omgeving zodat een levend organisme zichzelf kan behouden
Metabolisme = totale verzameling van enzym gekatalyseerde reacties binnen een
organisme waarbij moleculen van een vorm worden omgezet naar andere vormen
▪ Anabolisme:
• Biosynthetische reacties = om biomoleculen te maken: convergerend
• Vrijgegeven energie wordt gebruikt om arbeid te verrichten, transport,
synthese
• Reductie = elektronen opnemen (geleverd door elektronen carriers)
• Endergonisch → ATP verbruiken
▪ Katabolisme:
• Afbraak reacties: divergerend
• Energie halen uit verschillende bronnen = voeding afbreken zodat er
energie vrijkomt
• Oxidatie = elektronen verliezen die dan worden opgevangen door
elektronen carriers
• Exergonisch → ATP genereren
! Metabolische pathways zijn specifieke reactiewegen die reactie intermediairen
hebben = metabolieten
Voor de meeste organismen die leven onder aerobe omstandigheden:
Katabolisme = compleet oxideren van metabolische brandstoffen zoals glucose, AZ,
vetzuren die dan volledig worden opgebrand tot H2O en CO2
Metabolische brandstoffen via voeding verbranden we tot H2O en CO2 = cellulaire
respiratie = elk metabolisch proces dat leidt tot een opname van O 2 en vrijgave van
CO2
,Cellulaire respiratie heeft 3 stadia:
Stadium I: organische brandstofmoleculen zoals
glucose, vetzuren, AZ… w geoxideerd zodat er 2
koolstofatomen worden gegenereerd in de vorm van
acetyl-CoA
Stadium II: acetyl-CoA gaat citroenzuurcyclus in waar
de acetylgroepen volledig worden geoxideerd tot CO2
waarbij er NADH en FADH2 ontstaat
Stadium III: elektronen gaan getransfereerd w naar een
elektronen transportketen → aanmaak p+ gradiënt die
nodig is voor ATP-productie
! O2 is de terminale acceptor in elektronen transportketen
en vormt dan H2O (we hebben zuurstofgas nodig!)
Oxidatie status vertelt iets over hoeveel energie er wordt vrijgegeven bij oxidatie
Oxidatie status van een C-atoom in een organische verbinding: 4- aantal elektronen
die toegewezen zijn aan C via covalente bindingen of LP
→ afh van EN van atoom gebonden aan C
▪ EN gebonden atoom < EN C: elektronen van covalente binding worden
toegewezen aan C
▪ EN gebonden atoom > EN C: elektronen van covalente binding worden
toegewezen aan dat atoom
▪ EN is hetzelfde: elektronen van covalente binding worden verdeeld
! Negatieve oxidatie status: C is rijk aan elektronen en zal bij oxidatie veel elektronen
vrijgeven = energie-rijk
! Positieve oxidatie status: C is arm aan elektronen en zal weinig elektronen
vrijgeven bij oxidatie = energie-arm
,Metabolische pathways zijn heel
georganiseerd en er zijn een Metabolische pathways zijn complex, maar
gelimiteerd aantal reactie er zijn beperkte reactie types! Beperkt
intermediairen die een centrale rol aantal enzym types! Beperkt aantal
spelen in het metabolisme gedeelde reactie intermediairen!
1. REDOXREACTIES
Uitwisselen van elektronen tussen reactanten
▪ Elektron donor = reductant en zal dus geoxideerd worden
▪ Elektronacceptor = oxidans en zal gereduceerd worden
→ Oxidatie wordt soms ook dehydrogenatie genoemd en enzymen die zulke reacties
katalyseren = dehydrogenasen
Elektronen kunnen op 4 manieren getransfereerd worden van donor naar acceptor:
Pyruvaat = oxidans en wordt gereduceerd
tot lactaat
Pyruvaat + 2H+ + 2e- → lactaat
NADH = reductant en wordt geoxideerd tot
NAD+
NAD+ + H+ + 2e- → NADH
Lactaat dehydrogenase = enzyme
, 2. GROEP-TRANSFER REACTIES
▪ Gekatalyseerd door transferases: transfer van een groep van een nucleofiel
naar een ander en de groep kan acyl, glycosyl, fosforyl, hydroxyl… zijn
▪ Enzymen werken vaak via nucleofiele substitutie en het zijn dus kinases,
fosfatases…
Enzymen:
Kinases = enzymen die fosforylatie katalyseren van bepaalde moleculen door
ATP te verbruiken
→ Fosforylatie = vorming van een fosfaat derivaat van een biomolecule door
enzymatische transfer van een fosforylgroep van ATP: fosforylgroep gaat van
ATP naar glucose, dus ATP verliest fosfaat groep en je krijgt dan ADP
Fosfatases = enzymen die fosfaatester cleaven door hydrolyse
Fosforylases = enzymen die fosforolyse katalyseren (cleaven van een binding
met fosfaat als aanval groep heeft dus gelijkaardig aan hydrolyse)
Thiolases = enzymen die thiolyse katalyseren (cleaven van een binding met een
thiolgroep als aanval groep)
Glycosylases = enzymen die hydrolyse van een glycosidische binding tussen
ribose en purines/pyrimidines katalyseren in nucleotiden
Glycosidases = enzymen die hydrolyse van een glycosidische binding
katalyseren
! Groep-transfer reacties zijn niet hetzelfde als groep transfer reacties die uitgevoerd
worden door enzymen als deel van hun katalytisch mechanisme
→ groep transfer reacties worden vaak gebruikt in het metabolisme om een goede
leaving group te vestigen op een metabolisch intermediair om dat intermediair te
gaan activeren voor de volgende reacties MAAR worden dus niet gecategoriseerd
als groep-transfer reacties
HOOFDSTUK 7: BASISCONCEPTEN EN ONTWERP VAN HET METABOLISME
Levende organismen hebben een input nodig om vervolgens een output te
genereren: input = voedsel, nutriënten
→ Nutriënten = inname van voeding als bron van energie
→ Levende organismen leven in constante uitwisseling met hun omgeving: energie,
materie, dus het zijn open systemen
Levende organismen voeren uitwisselingen uit terwijl ze zelf in een steady state zijn:
er is een balans tussen energie input en energie output = homeostase
Metabolische homeostase = behouden van een dynamische steady state door
regulatorische mechanismen die compenseren voor veranderingen in externe
omgeving zodat een levend organisme zichzelf kan behouden
Metabolisme = totale verzameling van enzym gekatalyseerde reacties binnen een
organisme waarbij moleculen van een vorm worden omgezet naar andere vormen
▪ Anabolisme:
• Biosynthetische reacties = om biomoleculen te maken: convergerend
• Vrijgegeven energie wordt gebruikt om arbeid te verrichten, transport,
synthese
• Reductie = elektronen opnemen (geleverd door elektronen carriers)
• Endergonisch → ATP verbruiken
▪ Katabolisme:
• Afbraak reacties: divergerend
• Energie halen uit verschillende bronnen = voeding afbreken zodat er
energie vrijkomt
• Oxidatie = elektronen verliezen die dan worden opgevangen door
elektronen carriers
• Exergonisch → ATP genereren
! Metabolische pathways zijn specifieke reactiewegen die reactie intermediairen
hebben = metabolieten
Voor de meeste organismen die leven onder aerobe omstandigheden:
Katabolisme = compleet oxideren van metabolische brandstoffen zoals glucose, AZ,
vetzuren die dan volledig worden opgebrand tot H2O en CO2
Metabolische brandstoffen via voeding verbranden we tot H2O en CO2 = cellulaire
respiratie = elk metabolisch proces dat leidt tot een opname van O 2 en vrijgave van
CO2
,Cellulaire respiratie heeft 3 stadia:
Stadium I: organische brandstofmoleculen zoals
glucose, vetzuren, AZ… w geoxideerd zodat er 2
koolstofatomen worden gegenereerd in de vorm van
acetyl-CoA
Stadium II: acetyl-CoA gaat citroenzuurcyclus in waar
de acetylgroepen volledig worden geoxideerd tot CO2
waarbij er NADH en FADH2 ontstaat
Stadium III: elektronen gaan getransfereerd w naar een
elektronen transportketen → aanmaak p+ gradiënt die
nodig is voor ATP-productie
! O2 is de terminale acceptor in elektronen transportketen
en vormt dan H2O (we hebben zuurstofgas nodig!)
Oxidatie status vertelt iets over hoeveel energie er wordt vrijgegeven bij oxidatie
Oxidatie status van een C-atoom in een organische verbinding: 4- aantal elektronen
die toegewezen zijn aan C via covalente bindingen of LP
→ afh van EN van atoom gebonden aan C
▪ EN gebonden atoom < EN C: elektronen van covalente binding worden
toegewezen aan C
▪ EN gebonden atoom > EN C: elektronen van covalente binding worden
toegewezen aan dat atoom
▪ EN is hetzelfde: elektronen van covalente binding worden verdeeld
! Negatieve oxidatie status: C is rijk aan elektronen en zal bij oxidatie veel elektronen
vrijgeven = energie-rijk
! Positieve oxidatie status: C is arm aan elektronen en zal weinig elektronen
vrijgeven bij oxidatie = energie-arm
,Metabolische pathways zijn heel
georganiseerd en er zijn een Metabolische pathways zijn complex, maar
gelimiteerd aantal reactie er zijn beperkte reactie types! Beperkt
intermediairen die een centrale rol aantal enzym types! Beperkt aantal
spelen in het metabolisme gedeelde reactie intermediairen!
1. REDOXREACTIES
Uitwisselen van elektronen tussen reactanten
▪ Elektron donor = reductant en zal dus geoxideerd worden
▪ Elektronacceptor = oxidans en zal gereduceerd worden
→ Oxidatie wordt soms ook dehydrogenatie genoemd en enzymen die zulke reacties
katalyseren = dehydrogenasen
Elektronen kunnen op 4 manieren getransfereerd worden van donor naar acceptor:
Pyruvaat = oxidans en wordt gereduceerd
tot lactaat
Pyruvaat + 2H+ + 2e- → lactaat
NADH = reductant en wordt geoxideerd tot
NAD+
NAD+ + H+ + 2e- → NADH
Lactaat dehydrogenase = enzyme
, 2. GROEP-TRANSFER REACTIES
▪ Gekatalyseerd door transferases: transfer van een groep van een nucleofiel
naar een ander en de groep kan acyl, glycosyl, fosforyl, hydroxyl… zijn
▪ Enzymen werken vaak via nucleofiele substitutie en het zijn dus kinases,
fosfatases…
Enzymen:
Kinases = enzymen die fosforylatie katalyseren van bepaalde moleculen door
ATP te verbruiken
→ Fosforylatie = vorming van een fosfaat derivaat van een biomolecule door
enzymatische transfer van een fosforylgroep van ATP: fosforylgroep gaat van
ATP naar glucose, dus ATP verliest fosfaat groep en je krijgt dan ADP
Fosfatases = enzymen die fosfaatester cleaven door hydrolyse
Fosforylases = enzymen die fosforolyse katalyseren (cleaven van een binding
met fosfaat als aanval groep heeft dus gelijkaardig aan hydrolyse)
Thiolases = enzymen die thiolyse katalyseren (cleaven van een binding met een
thiolgroep als aanval groep)
Glycosylases = enzymen die hydrolyse van een glycosidische binding tussen
ribose en purines/pyrimidines katalyseren in nucleotiden
Glycosidases = enzymen die hydrolyse van een glycosidische binding
katalyseren
! Groep-transfer reacties zijn niet hetzelfde als groep transfer reacties die uitgevoerd
worden door enzymen als deel van hun katalytisch mechanisme
→ groep transfer reacties worden vaak gebruikt in het metabolisme om een goede
leaving group te vestigen op een metabolisch intermediair om dat intermediair te
gaan activeren voor de volgende reacties MAAR worden dus niet gecategoriseerd
als groep-transfer reacties
