Energie en metabolisme
Inleiding
Algemene beschouwing
Metabolisme= som van chemische reacties waarbij energie geproduceerd/verbruikt
wordt
- Anabolisme: synthese van complexe moleculen uit eenvoudiger moleculen,
heeft energie nodig (=endergonisch), biosynthese
- Katabolisme: afbreken van complexe moleculen tot eenvoudiger moleculen (+
afvalstoffen: CO2/H2O/NH3), maakt energie vrij (= exergonisch, voor
anabolisme/ arbeid, onder de vorm van ATP, NADH en NADPH capteren),
voornamelijk oxidatie van brandstofmoleculen (koolhydraten, vetzuren,
aminozuren)
Wat gebruiken als brandstof
-rode bloedcellen (erythrocyten) en zenuwweefsel: enkel koolhydraten
- lever (diabeticus): tekort aan koolhydraten → lipiden metaboliseren
- hart- en skeletspier: energie uit katabole processen omzetten in mechanische energie
Adenosinetrifosfaat als energiedrager
Adenosinetrifosfaat
Adenine= purine, gebonden via glycosidische binding aan
ribose (noemt samen adenosine)
Verestering van de trifosfaateenheid (in actieve vorm
gebonden met Mg2+, via 2 of 3 O-) op de 5de positie van de
ribose-eenheid (= fosfoanhydrische binding)
Energierijk door trifosfaat-eenheid want energie nodig voor:
1. Mechanische arbeid
2. Transport van moleculen/celcomponenten
3. Biosynthese van macromoleculen (= anabolisme)
,Energie komt vrij door ATP-hydrolyse (= splitsing) in ADP + Pi (= orthofosfaat) of AMP +PPi
(= pyrofosfaat)
Energiedrager, geen energieopslagmolecule, ± 40 kg ATP per dag verbruikt
Gevormd tijdens oxidatieve fosforylatie (bij mensen/ dieren) of fotofosforylatie (bij
planten)
Redenen actieve karakter ATP
1) Fosfaatrest bij pH 7,0 geïoniseerd → elektrostatische afstoting door negatieve
zuurstofresten
2) Resonantie reactieproducten: ATP + H2O ⇄ ADP + Pi + H+
Hoe meer resonantievormen, hoe stabieler
ATP heeft minder resonantiestructuren dan de som ADP + Pi
3) Vrijgestelde H+ worden uit reactie weggehaald
Gibbsvrije energie
= verandering van vrije energie die optreedt tijdens een bepaalde reactie, enkel verschil
is te bepalen, geeft een directie maat voor de gecreëerde wanorde, bepaalt reactie
evenwicht, hangt af van natuur en concentraties van reagentia
G = G + 2,303.RT.log Kev
Met G = de vrije energieverandering voor de reactie bij concentratie van reactanten
aan 1 molair, 1 atm druk en 1 M [H+]/ pH = 0
* G'= G maar pH= 7
- Exergonisch: reactie is spontaan, G < 0, energie wordt vrijgesteld, als Kev > 1
- Endergonisch: reactie is n spontaan, G > 0, energie wordt opgenomen, als Kev< 1
Voor splitsing van ATP: G' = -7,3 kcal/mol
Activeringsenergie
Bepaalt de snelheid waarmee reacties plaatsvinden
Koppeling van reacties
Vrije energie veranderingen zijn additief bij metabolische cascades
Als de som van de totale gibbsvrije energie negatief is dan is de reactie aflopend
*enzym= mechanisme om reacties aan elkaar te koppelen
, Andere energierijke verbindingen
Andere moleculen kunnen een fosfaatgroep aan ADP afstaan
doordat ze een hogere fosforyl-groep transfer potentiaal hebben
Deze moeten boven ATP op de Gibbs energieschaal staan
Energiestatus van de cel
Metabolische reacties worden gecontroleerd door de energiestatus van de cel
1
[𝐴𝑇𝑃]+ [𝐴𝐷𝑃]
Energielading = [𝐴𝑇𝑃]+[𝐴𝐷𝑃]+[𝐴𝑀𝑃]
2
Bij 0 is alles AMP en bij 1 is alles ATP.
Allostere regulatoren = AXP
Biochemische oxidatie/reductie
Afgeven elektronen = oxidatie
Opnemen elektronen = reductie
Steeds gekoppeld aan elkaar
Biologische redoxreacties = wegnemen of toevoegen van H-atomen
Biochemische elktronendragers: zullen elektronen transfereren naar O2 in
gereduceerde vorm door elektronentranspportketens, hoofdbron voor ATP-vorming
, - NADH= nicotinamide-adeninedinucleotide, gebruikt bij katabolische reacties
- FADH2= flavine-adenine-dinucleutide
- NADPH= nicotinamide-adenine-dinucleotide-fosfaat, gebruikt bij anabolische
reacties
Co-enzym A
Universele drager van acylgroepen
Hydrolyse van thio-ester is thermodynamisch gunstiger dan van zuurstofester
Componenten betrokken in groep-transfer reacties
Vitaminen
Organische moleculen die men moet uit het dieet halen
Oplosbaar in
- Water: vitamine C, vitamine B
- Vet: vitamine K (carboxylatie van glu tot -carboxyglu (coagulatie))
Vitamine A (retinal precursor, = licht absorberende groep in visuele
pigmenten, tekort => nachtblindheid, noodzakelijk voor groei)
Vitamine D (metabolisme van fosfor en calcium, tekort => slechte
beendervorming)
Vitamine E/-tocopherol (verhindert oxidatie van onverzadigde
membraanlipiden)
Inleiding
Algemene beschouwing
Metabolisme= som van chemische reacties waarbij energie geproduceerd/verbruikt
wordt
- Anabolisme: synthese van complexe moleculen uit eenvoudiger moleculen,
heeft energie nodig (=endergonisch), biosynthese
- Katabolisme: afbreken van complexe moleculen tot eenvoudiger moleculen (+
afvalstoffen: CO2/H2O/NH3), maakt energie vrij (= exergonisch, voor
anabolisme/ arbeid, onder de vorm van ATP, NADH en NADPH capteren),
voornamelijk oxidatie van brandstofmoleculen (koolhydraten, vetzuren,
aminozuren)
Wat gebruiken als brandstof
-rode bloedcellen (erythrocyten) en zenuwweefsel: enkel koolhydraten
- lever (diabeticus): tekort aan koolhydraten → lipiden metaboliseren
- hart- en skeletspier: energie uit katabole processen omzetten in mechanische energie
Adenosinetrifosfaat als energiedrager
Adenosinetrifosfaat
Adenine= purine, gebonden via glycosidische binding aan
ribose (noemt samen adenosine)
Verestering van de trifosfaateenheid (in actieve vorm
gebonden met Mg2+, via 2 of 3 O-) op de 5de positie van de
ribose-eenheid (= fosfoanhydrische binding)
Energierijk door trifosfaat-eenheid want energie nodig voor:
1. Mechanische arbeid
2. Transport van moleculen/celcomponenten
3. Biosynthese van macromoleculen (= anabolisme)
,Energie komt vrij door ATP-hydrolyse (= splitsing) in ADP + Pi (= orthofosfaat) of AMP +PPi
(= pyrofosfaat)
Energiedrager, geen energieopslagmolecule, ± 40 kg ATP per dag verbruikt
Gevormd tijdens oxidatieve fosforylatie (bij mensen/ dieren) of fotofosforylatie (bij
planten)
Redenen actieve karakter ATP
1) Fosfaatrest bij pH 7,0 geïoniseerd → elektrostatische afstoting door negatieve
zuurstofresten
2) Resonantie reactieproducten: ATP + H2O ⇄ ADP + Pi + H+
Hoe meer resonantievormen, hoe stabieler
ATP heeft minder resonantiestructuren dan de som ADP + Pi
3) Vrijgestelde H+ worden uit reactie weggehaald
Gibbsvrije energie
= verandering van vrije energie die optreedt tijdens een bepaalde reactie, enkel verschil
is te bepalen, geeft een directie maat voor de gecreëerde wanorde, bepaalt reactie
evenwicht, hangt af van natuur en concentraties van reagentia
G = G + 2,303.RT.log Kev
Met G = de vrije energieverandering voor de reactie bij concentratie van reactanten
aan 1 molair, 1 atm druk en 1 M [H+]/ pH = 0
* G'= G maar pH= 7
- Exergonisch: reactie is spontaan, G < 0, energie wordt vrijgesteld, als Kev > 1
- Endergonisch: reactie is n spontaan, G > 0, energie wordt opgenomen, als Kev< 1
Voor splitsing van ATP: G' = -7,3 kcal/mol
Activeringsenergie
Bepaalt de snelheid waarmee reacties plaatsvinden
Koppeling van reacties
Vrije energie veranderingen zijn additief bij metabolische cascades
Als de som van de totale gibbsvrije energie negatief is dan is de reactie aflopend
*enzym= mechanisme om reacties aan elkaar te koppelen
, Andere energierijke verbindingen
Andere moleculen kunnen een fosfaatgroep aan ADP afstaan
doordat ze een hogere fosforyl-groep transfer potentiaal hebben
Deze moeten boven ATP op de Gibbs energieschaal staan
Energiestatus van de cel
Metabolische reacties worden gecontroleerd door de energiestatus van de cel
1
[𝐴𝑇𝑃]+ [𝐴𝐷𝑃]
Energielading = [𝐴𝑇𝑃]+[𝐴𝐷𝑃]+[𝐴𝑀𝑃]
2
Bij 0 is alles AMP en bij 1 is alles ATP.
Allostere regulatoren = AXP
Biochemische oxidatie/reductie
Afgeven elektronen = oxidatie
Opnemen elektronen = reductie
Steeds gekoppeld aan elkaar
Biologische redoxreacties = wegnemen of toevoegen van H-atomen
Biochemische elktronendragers: zullen elektronen transfereren naar O2 in
gereduceerde vorm door elektronentranspportketens, hoofdbron voor ATP-vorming
, - NADH= nicotinamide-adeninedinucleotide, gebruikt bij katabolische reacties
- FADH2= flavine-adenine-dinucleutide
- NADPH= nicotinamide-adenine-dinucleotide-fosfaat, gebruikt bij anabolische
reacties
Co-enzym A
Universele drager van acylgroepen
Hydrolyse van thio-ester is thermodynamisch gunstiger dan van zuurstofester
Componenten betrokken in groep-transfer reacties
Vitaminen
Organische moleculen die men moet uit het dieet halen
Oplosbaar in
- Water: vitamine C, vitamine B
- Vet: vitamine K (carboxylatie van glu tot -carboxyglu (coagulatie))
Vitamine A (retinal precursor, = licht absorberende groep in visuele
pigmenten, tekort => nachtblindheid, noodzakelijk voor groei)
Vitamine D (metabolisme van fosfor en calcium, tekort => slechte
beendervorming)
Vitamine E/-tocopherol (verhindert oxidatie van onverzadigde
membraanlipiden)
