Metabolisme en metabole regeling
H1 BIO-ENERGETICA
1.1 Energieproductie en consumptie in het metabolisme
Cel heeft energie nodig voor:
- Info opslaan + tot expressie brengen
- Biosynthetische reacties uitvoeren
- Gehele cel/celorganellen bewegen
- Onevenwicht met buitenwereld onderhouden
Levende organismen zijn nooit in evenwicht met hun omgeving
- Concentraties moleculen/ionen in cel verschillen met omgeving: om concentraties op peil te
houden moet cel actief bepaalde stoffen naar binnen/buiten pompen 🡪 kost E
- Bepaalde stabiele toestanden lijken zeer statisch + onveranderlijk MAAR chemische
compositie constant NIET moleculen in cel of organisme
- Moleculen gesynthetiseerd + afgebroken
🡪 Hoeveelheden hemoglobine + glucose in bloed nagenoeg constant omdat synthese/opname in
balans met afbraak/consumptie of omzetting tot ander product => dus concentratie cst door
dynamische steady state 🡪 onderhouden mbv E
Levende organismen zijn open systemen die energie en materie uit omgeving transformeren
Systemen in ruimte:
- Geïsoleerd systeem = systeem dat NOCH energie of materie uitwisselt met omgeving
- Gesloten systeem = wel E maar GEEN materie uitwisselen
- Open systeem = ZOWEL E als materie
Levend organisme = open systeem met volgende strategieën om E uit omgeving te halen:
- Chemische brandstoffen opnemen uit omgeving en extraheren E door te oxideren
- Uit zonlicht E absorberen (planten + bepaalde bacteriën)
Cellen met grote efficiëntie chemische, elektromagnetische, mechanische en osmotische energie
omzetten = zeer effectieve omzetters van E.
Bij metabole E-omzettingen stijgt wanorde systeem + omgeving (= entropie) terwijl Epot van
complexe voedingsmoleculen daalt. Levende organismen:
a) Extraheren E uit omgeving
b) Converteren deel daarvan in bruikbare vormen van E om arbeid te verrichten
c) Geven deel E weer af aan omgeving als warmte
d) Stellen eindproductmoleculen vrij die minder georganiseerd zijn dan startbrandstof 🡪 draagt
bij tot stijging entropie
e) Zorgen voor gestegen orde (dalende entropie) in systeem in vorm van complexe
macromoleculen
Fotosynthese en respiratie
- Zonlicht komt vrij door thermonucleaire fusiereacties in zon
- Fotosynthetische organismen nemen lichtenergie op + gebruiken om e- van water door te
geven aan CO2 + vorming E-rijke producten (zetmeel/sucrose) + vrijstelling O 2 in atmosfeer
🡪 Fotosynthese = Epot uit zonlicht gecapteerd voor productie suiker met opname CO 2 + H2O
, - Niet- fotosynthetische
organismen
verkrijgen E door oxideren E-
rijke
fotosyntheseproducten + geven e- door aan O 2 om water en CO2 + andere producten te
vormen = respiratie
🡪 Respirerende + fotosynthetische organismen zijn met elkaar verbonden en zelfs van
elkaar afhankelijk
De flow van elektronen voorziet in de energie van organismen
Molecule in cel e- + H+ opnemen (protonen vrij beschikbaar in water): A + e- + H + 🡪 AH
= hydrogenergingsreacties reducties (omgekeerd = dehydrogeneringsreacties oxidaties)
- Reductie: C – H-bindingen stijgen (winnen e-)
- Oxidatie: C – H-bindingen dalen (verliezen e-)
🡪 ‘Bergafwaartse’ flow van e- van hogere naar lagere elektrochemische potentiaal = analoog
met flow van e- in elektrisch circuit aangedreven door batterijen + alle reacties met e-flow
betrokken = oxidatie-reductiereacties
Cel oxideert niet in 1 stap: door enzymkatalysatoren neemt metabolisme moleculen mee langs reeks
reacties (zelden met direct toevoegen O2) = stapsgewijze oxidatie 🡪 maakt mogelijk om nuttige
hoeveelheden E te extraheren ≠ organisch materiaal verbrand door vuur
Energetische koppeling verbindt reacties met elkaar
Katrol bevestigd aan zwaarder vallend object en lichter object: zwaarder vallend
object heft lichter object op = arbeid leveren: hoeveelheid E beschikbaar om arbeid
te verrichten (= vrij energie G) > theoretische Epot want deel E verloren als warmte
tgv wrijving
🡪 Chemische reacties ook gekoppeld zodat E-vrijstellende/exergone reacties een
E-vergende/endergone reactie aandrijft + verlopen in gesloten systemen spontaan
totdat evenwicht bereikt
Energie wordt tijdelijk opgeslagen in geactiveerde carriers (ATP, NADH)
- E tijdelijk opgeslagen 🡪 meestal gestockeerd in chemische bindingsE in
kleine geactiveerde carriermoleculen (diffunderen snel dwars door cel) en
stockeren E als:
o Transfereerbare groep
o Hoge-energie-elektronen: spelen rol als bron voor E als chemische
groepen voor biosynthesereacties
🡪 Belangrijke geactiveerde carriermoleculen = ATP en NADH/NADPH
Vorming van geactiveerde carrier gekoppeld aan energetisch gunstige reactie:
Brandstofmolecule (glucose) geoxideerd in cel: enzymen (= biokatalysten)
katalyseren reactie en groot deel van E gecapteerd in chemisch bruikbare vorm 🡪
verwezenlijkt door gekoppelde reactie waarin energetisch gunstige reactie
gebruikt om energetisch ongunstige reactie die geactiveerde carrier maakt, aan te
drijven
🡪 E die vrijkomt bij afbraak van E-rijke voedingsmoleculen overgedragen naar
carriermoleculen + gebruikt om energetische ongunstige reacties aan te drijven
Enzymen bevorderen ketens van reacties
- Weg van reagens naar product: E-barrière = activeringsbarrière
- Breken + vormen van bindingen vergt meestal buiging van bestaande bindingen 🡪
transitietoestand met hogere vrije E (G) dan zowel reagens als product
- Hoogste punt in reactiecoördinatiediagram = transitietoestand
H1 BIO-ENERGETICA
1.1 Energieproductie en consumptie in het metabolisme
Cel heeft energie nodig voor:
- Info opslaan + tot expressie brengen
- Biosynthetische reacties uitvoeren
- Gehele cel/celorganellen bewegen
- Onevenwicht met buitenwereld onderhouden
Levende organismen zijn nooit in evenwicht met hun omgeving
- Concentraties moleculen/ionen in cel verschillen met omgeving: om concentraties op peil te
houden moet cel actief bepaalde stoffen naar binnen/buiten pompen 🡪 kost E
- Bepaalde stabiele toestanden lijken zeer statisch + onveranderlijk MAAR chemische
compositie constant NIET moleculen in cel of organisme
- Moleculen gesynthetiseerd + afgebroken
🡪 Hoeveelheden hemoglobine + glucose in bloed nagenoeg constant omdat synthese/opname in
balans met afbraak/consumptie of omzetting tot ander product => dus concentratie cst door
dynamische steady state 🡪 onderhouden mbv E
Levende organismen zijn open systemen die energie en materie uit omgeving transformeren
Systemen in ruimte:
- Geïsoleerd systeem = systeem dat NOCH energie of materie uitwisselt met omgeving
- Gesloten systeem = wel E maar GEEN materie uitwisselen
- Open systeem = ZOWEL E als materie
Levend organisme = open systeem met volgende strategieën om E uit omgeving te halen:
- Chemische brandstoffen opnemen uit omgeving en extraheren E door te oxideren
- Uit zonlicht E absorberen (planten + bepaalde bacteriën)
Cellen met grote efficiëntie chemische, elektromagnetische, mechanische en osmotische energie
omzetten = zeer effectieve omzetters van E.
Bij metabole E-omzettingen stijgt wanorde systeem + omgeving (= entropie) terwijl Epot van
complexe voedingsmoleculen daalt. Levende organismen:
a) Extraheren E uit omgeving
b) Converteren deel daarvan in bruikbare vormen van E om arbeid te verrichten
c) Geven deel E weer af aan omgeving als warmte
d) Stellen eindproductmoleculen vrij die minder georganiseerd zijn dan startbrandstof 🡪 draagt
bij tot stijging entropie
e) Zorgen voor gestegen orde (dalende entropie) in systeem in vorm van complexe
macromoleculen
Fotosynthese en respiratie
- Zonlicht komt vrij door thermonucleaire fusiereacties in zon
- Fotosynthetische organismen nemen lichtenergie op + gebruiken om e- van water door te
geven aan CO2 + vorming E-rijke producten (zetmeel/sucrose) + vrijstelling O 2 in atmosfeer
🡪 Fotosynthese = Epot uit zonlicht gecapteerd voor productie suiker met opname CO 2 + H2O
, - Niet- fotosynthetische
organismen
verkrijgen E door oxideren E-
rijke
fotosyntheseproducten + geven e- door aan O 2 om water en CO2 + andere producten te
vormen = respiratie
🡪 Respirerende + fotosynthetische organismen zijn met elkaar verbonden en zelfs van
elkaar afhankelijk
De flow van elektronen voorziet in de energie van organismen
Molecule in cel e- + H+ opnemen (protonen vrij beschikbaar in water): A + e- + H + 🡪 AH
= hydrogenergingsreacties reducties (omgekeerd = dehydrogeneringsreacties oxidaties)
- Reductie: C – H-bindingen stijgen (winnen e-)
- Oxidatie: C – H-bindingen dalen (verliezen e-)
🡪 ‘Bergafwaartse’ flow van e- van hogere naar lagere elektrochemische potentiaal = analoog
met flow van e- in elektrisch circuit aangedreven door batterijen + alle reacties met e-flow
betrokken = oxidatie-reductiereacties
Cel oxideert niet in 1 stap: door enzymkatalysatoren neemt metabolisme moleculen mee langs reeks
reacties (zelden met direct toevoegen O2) = stapsgewijze oxidatie 🡪 maakt mogelijk om nuttige
hoeveelheden E te extraheren ≠ organisch materiaal verbrand door vuur
Energetische koppeling verbindt reacties met elkaar
Katrol bevestigd aan zwaarder vallend object en lichter object: zwaarder vallend
object heft lichter object op = arbeid leveren: hoeveelheid E beschikbaar om arbeid
te verrichten (= vrij energie G) > theoretische Epot want deel E verloren als warmte
tgv wrijving
🡪 Chemische reacties ook gekoppeld zodat E-vrijstellende/exergone reacties een
E-vergende/endergone reactie aandrijft + verlopen in gesloten systemen spontaan
totdat evenwicht bereikt
Energie wordt tijdelijk opgeslagen in geactiveerde carriers (ATP, NADH)
- E tijdelijk opgeslagen 🡪 meestal gestockeerd in chemische bindingsE in
kleine geactiveerde carriermoleculen (diffunderen snel dwars door cel) en
stockeren E als:
o Transfereerbare groep
o Hoge-energie-elektronen: spelen rol als bron voor E als chemische
groepen voor biosynthesereacties
🡪 Belangrijke geactiveerde carriermoleculen = ATP en NADH/NADPH
Vorming van geactiveerde carrier gekoppeld aan energetisch gunstige reactie:
Brandstofmolecule (glucose) geoxideerd in cel: enzymen (= biokatalysten)
katalyseren reactie en groot deel van E gecapteerd in chemisch bruikbare vorm 🡪
verwezenlijkt door gekoppelde reactie waarin energetisch gunstige reactie
gebruikt om energetisch ongunstige reactie die geactiveerde carrier maakt, aan te
drijven
🡪 E die vrijkomt bij afbraak van E-rijke voedingsmoleculen overgedragen naar
carriermoleculen + gebruikt om energetische ongunstige reacties aan te drijven
Enzymen bevorderen ketens van reacties
- Weg van reagens naar product: E-barrière = activeringsbarrière
- Breken + vormen van bindingen vergt meestal buiging van bestaande bindingen 🡪
transitietoestand met hogere vrije E (G) dan zowel reagens als product
- Hoogste punt in reactiecoördinatiediagram = transitietoestand
