Samenvatting H10 biochemie (behaalde 18/20)

Aerobe celademhaling
www.enzyme-database.org

Cellulair ademhaling
= de stroom van elektronen, door en binnenin het membraan, van gereduceerde co-enzymen tot
een externe elektronen acceptor, meestal gaat dit gepaard met het genereren van ATP

- Gebeurt in mitochondriën (bij bacteriën: plasmamembraan + cytoplasma).
-

(Externe) elektronen acceptor laat volledige oxidatie van het substraat tot CO2 toe

- Is geen bijproduct van het glucose katabolisme
- Interne elektronen acceptoren:
o Pyruvaat
o Acetaldehyde
bij fermentatie: worden gebruikt om elektronen van NADH over te nemen
- Externe elektronen acceptoren:
o O2

stokkeren tijdelijk de vrijgekomen elektronen:
- Co-enzymen:
o NAD+
o FAD
o Co-enzym Q
- Substrate level fosforylations

Aerobe ademhaling:
- O2 als externe elektronen acceptor
o (O2/H20)
o Veel hogere energie opbrengst dan fermentatie (18x)

Anaerobe ademhaling:
- Willekeurige externe elektronen acceptor (behalve O2)
o (H+/H2), (S/H2S) en (Fe3+/Fe2+)
Aerobe ademhaling kan meer energie genereren dan de fermentatie
Aeroob:
O2= terminale elektronen acceptor
Pyruvaat kan volledig geoxideerd worden tot CO2, ipv te dienen als elektronen acceptor van NADH
(fermentaitie)
daarom:
- Aeroob: tot 38 ATP moleculen genereren
o Stapsgewijze afgifte van e- en p: oxidatieve paden waarin e- verplaats worden van
organisch substraatco-enzymenO2
- Anaeroob: 2 ATP moleculen genereren

,Celademhaling omvat glycolyse, pyruvaat oxidatie, CZC,
elektronentransport en ATP synthese
1. Glycolyse
a. is hetzelfde onder aerobe en anaerobe omstandigheden
b. in de aanwezigheid van zuurstof dient pyruvaat niet als elektronen acceptor maar kan
het in de volgende stappen verder oxideren
2. pyruvaat oxideert zodat er acetyl-co-enzymen A (acetyl CoA) wordt gevormd, dat daarna de
CZC binnengaat
3. citroenzuurcyclus:
a. acetyl CoA volledig geoxideerd tot CO2
b. hierbij wordt de meeste energie opgeslagen in hoogenergetisch gereduceerde co-
enzymen
4. transfer van elektronen van de gereduceerde co-enzymen naar O2
a. wordt gekoppeld met actief transport van protonen door het membraan
b. doordat de elektronen transfer van de co-enzymen naar O 2 exergonisch is: levert het
de nodige energie om de protonen tegen de concentratiegradiënt in te pompen
c. hierdoor ontstaat er een elektrochemische protonen gradiënt over het membraan
5. oxidatieve fosforylatie
a. de energie van de protonen gradiënt wordt gebruikt voor de synthese van ATP



Mitochondriën: waar de actie plaatsvindt
=energiefabriek: Vindt meeste productie van ATP plaats in eukaryoten cellen (in
bacteriële cellen: PM en cytoplasma)

- Aanwezig in chemo-en fototrofen
o Fototrofen doen dus ook aan aerobe ademing (vooral in donkere
periodes)
- Spiercellen: veel mitochondriën: veel E nodig

Bacteriële oorsprong?:
Endosymbiotisch samenleven met oereukaryoten

- Dubbel membraan
- Buitenste membraan: gelijkaardig soort eiwitten als in buitenste
membraan van gramnegatieve bacteriën
- Matrix: circulair DNA
- Manier van eiwitsynthese
- Cytoplasma en PM: zelfde functie als matrix en binnenste mitochondriale membraan in
proces van E productie


Zijn Mitochondria onderling verbonden netwerken in plaats van
afzonderlijke organellen?
- Geclusterd in regio’s waar ATP verbruik het hoogst is
- Verschillende verschijningsvormen: dynamische structuur
- Aantal verschilt per cel afhankelijk van organismen en weefsel
- Netwerk van mitochondrion?
o Ovale structuur vormen samen een veel grotere, vertakte mitochondrie

,De buitenste en binnenste membranen definiëren twee afzonderlijke
compartimenten en drie regio's
Buitenste membraan (7nm dik) :

- permeabel membraan
- passage van ionen en kleine moleculen toelaat via poriën die moleculen kunnen doorlaten
met een moleculair gewicht tot 5000 dalton  vrije diffusie
- Bevat porines: eiwit waardoor stoffen naar binnen kunnen
o membraaneiwitten normaal amfipatische alfa-helix, maar porine heeft amfipatische
bèta sheets
o laat vrije duffusie toe


Intermembraan ruimte (7nm dik) : ruimte tussen het binnenste en het buitenste membraan

-de concentraties van kleine moleculen is hetzelfde als die van de cytosol dankzij de
permeabiliteit van het buitenste membraan

-er bevindt zich wel een unieke samenstelling van enzymen in de intermembraan ruimte
omdat deze moleculen te groot zijn om het buitenste membraan te passeren

- is continu met cytosol

Binnenste membraan (7nm dik) :

- weinig permeabel membraan

- de concentraties van de intermembraan ruimte en van de mitochondriale matrix verschillend zijn
door weinige permeabiliteit

- enkel CO2 , O2 en water kan erdoor

-cristae: instulpingen die ontstaan doordat het binnenste membraan veel plooiingen maakt zodat het
oppervlak vergroot wordt

-intracristae ruimtes: plaats waar protonen zich onder andere bevinden in
afwachting tot het opstarten van de ATP synthese

-tubulaire structuren met smalle openingen (crista junctions)

-hoe prominent de cristae zijn hangt af van de metabolische activiteit van de cel of
het weefsel waar de mitochondrie zich in bevindt

-hart, nier en spiercellen zijn cellen met hoge ademhalingsactiviteit en
hebben daarom veel prominente cristae

-in een typische levercel mitochondrie is de oppervlakte van het binnenste
membraan zelfs vijf keer zo groot als de oppervlakte van het buitenste
membraan

-dankzij dit grote oppervlak kan het binnenste membraan zeer veel proteïne complexen
bevatten zijn die nodig zijn voor het elektronen transport en het synthetiseren van ATP

, -75% van het gewicht van het binnenste membraan zijn proteïnen, dit is hoger dan in
elk ander celorganel

Het binnenste van de mitochondrie is gevuld met een semi-vloeibare matrix

-in deze matrix bevinden zich veel enzymen die betrokken zijn bij de mitochondriale functie
maar er zijn ook onder andere DNA moleculen en ribosomen aanwezig

-in de meeste zoogdieren bevat het mitochondriaal genoom 15.000-20.000 basen paren die
coderen voor enzymen en andere proteïnen

-de genetische informatie is opgeslagen in een circulair DNA molecule

-er zijn ook nucleair-coderende proteïnen aanwezig, deze zijn gesynthetiseerd op
cytoplasmatische ribosomen

Transport van cytosolaire eiwitten naar de
mitochondriën
- Mitochondriaal DNA : codeert voor een paar eiwitten dat
vooral in binnenste mitochondriaal membraan terecht
komen+ deel uitmaken van grotere processen waarbij andere
eiwitten van het cytosol moeten komen (worden in cel zelfs
gesynthetiseerd)
o Meer dan 95% in mitochondriën wordt gecodeerd
door nucleus
 Alle eiwitten van nucleaire genen: moeten naar
mitochondrion
o Eiwitten hebben een N-terminale transit- sequentie
 Deze gaat binden aan TOM (=translocase op
outer membrane)
 Bestaat uit receptor en porie
 Eiwit bindt op receptor
 Keten wordt ontvouwt door binding aan
hydroprotings gaat door porie
 Hydroproteines splits af: ATP vragend proces
 Transit sequentie splits af door transit
peptidase
 Peptidebinding wordt gehydrolyseerd
 Opnieuw headringprotings binden om verkeerde vouwingen te vermijden
 Nieuwe hydroproteines om echte vouwing te bekomen


Het binnenste en het buitenste membraan zijn bijna overal gescheiden door de
intermembraan ruimte, in enkele punten is er echter contact zodat proteïnen
kunnen migreren tussen de cytosol en de mitochondriale matrix

Cristae
- Vergroot oppervlak van binnenste membraan.
- Intracristale ruimte voor accumulatie van protonen (beperkte toegang tot
intermembranaire ruimte)
o Door plooien: compartisering