Samenvatting Biochemie II
H1Inleiding tot metabolisme
Algemene metabolische principes hetzelfde in alle organismen→ gevolg van
gemeenschappelijke evolutionaire oorsprong + beperkingen door wetten van de
thermodynamica.
Metabolisme = Som van chemische transformaties die plaats grijpen in een cel of organisme,
een sterk gecoördineerde cellulaire activiteit waarin een groot aantal multi-enzymsystemen die
samenwerken om:
➔ Chemische energie te verkrijgen, nutriënten om te zetten, monomeren te polymeriseren
tot macromoleculen, biomoleculen te synthetiseren en af te breken.
katabolisme = degradatie: omzetting van macromoleculen
naar kleinere micromoleculen. Energie vrijstellen, waarvan
deel wordt gebruikt tot vorming ATP. OXIDATIE
Geassocieerd met oxidatie – energiedragers (NADP+)/
complexe metabolieten worden gereduceerd en simpele
producten geoxideerd.
Anabolisme = biosynthese: kleine, eenvoudige precursoren
worden opgebouwd tot complexe macromoleculen.
REDUCTIE
Energiedragers (NADPH)/complexe metabolieten oxideren
en simpele producten gereduceerd
Complexe metabolieten: ADP + 𝐻𝑃𝑂42− &NADP+ // simpele producten,: ATP & NADPH
Middelste deel = tijdelijk opslag energie uit katabolisme en wordt hierna gebruikt voor
anabolisme = chemische energie.
Voedingsstrategieën adhv 3 vragen
➔ Vanwaar komt de energie om alle
reacties aan te drijven?
➔ Vanwaar komen de nodige
elektronen voor het maken van
covalente bindingen?
➔ Vanwaar komt de koolstof om een
organisme op te bouwen?
Heterotrofen zijn afhankelijk van autotrofen
om te leven!
Chemosynthese is het eerste type metabolisme ontstaan, hierbij wordt een andere E-bron dan
licht gebruikt om moleculen om te zetten naar complexe organische verbindingen (diepzee
hydrothermale bronnen).
,Pathway bestaat uit een reeks door enzym gekatalyseerde reacties, waarbij elke opeenvolgende
stap tot een specifieke, kleine chemische verandering leidt.
➔ Lineaire
Convergent: verschillende precursoren
worden omgezet tot hetzelfde product.
Divergent: verschillende eindproducten
gevormd uit dezelfde precursor.
➔ Vertakte
➔ Cyclische pathways
Metabolieten = precursoren + intermediairen +
producten
Isozymen = enzymen die dezelfde processen katalyseren, maar worden gecodeerd door
verschillende genen en hebben hierdoor andere eigenschappen.
Reacties uitgevoerd door enzymen, deze verlagen de
energie van de transitie toestand maar niet te vrije
energie veranderingen.
➔ Niet spontane reactie laten doorgaan door te
koppelen aan spontane reactie.
Verschillende soorten en klassen voor verschillende,
specifieke reacties.
Reacties zijn gecompartimentaliseerd in de cel en op
het niveau van weefsels en organen.
➔ Processen afscheiden, bepaald milieu behouden voor een bepaald proces.
Thermodynamica
∆𝐺 = Gibbs vrije energie
➔ A + B ↔ C + D:
➔ Bij evenwicht ∆𝐺 = 0 dus Q = Keq
∆𝐺 ′0 = biochemische standaard voor gibbs vrije energie, duidt aan of de voorwaartse of
terugwaartse reactie spontaan is wanneer men alle producten en substraten aan 1M bij
elkaar zou voegen. ∆𝐺 ′0 ≠ ∆𝐺 0
o Als er water gevormd of gebruikt word, zit dit gewerkt in de ∆𝐺 ′0
o ∆𝐺 ′0 geldt bij pH = 7.00 en druk = 1 atm met tempratuur van 25°C
o ∆𝐺 ′0 = ∆𝐺 wanneer reagentia allemaal aan 1M bij elkaar gevoegd zouden worden.
➔ Bij evenwicht: ∆𝐺 ′0 = −𝑅𝑇. ln (𝐾𝑒𝑞)
,Spontaniteit van een reactie hangt af van de werkelijke concentraties en niet van ∆𝐺 ′0.
Als de som van de reacties exergoon is, ∆𝐺 ′0 < 0, dan gaan de reacties door in de voorwaartste
richting.
Meestal ∆𝐺 ′0 dicht bij het evenwicht (enzym werkt altijd en snel), indien
∆𝐺 ′0 = 0 → dood
➔ Als ∆𝐺 ′0 <<<< 0, dan werkt het enzym traag. Dit is de
snelheidsbepalende stap
Flux = snelheid waarmee metabolieten doorheen een metabole pathway
stromen. Bepalen van flux vereist voor niet-equilibrium reacties:
➔ Meeste pathways irreversibel door sterke exergone reactie, die
volledige pathway irreversibel maakt.
Vaak in het begin van de reactie
➔ Anabole en katabole pathways zijn verschillend
➔ Enkel deze reacties verrichten arbeid
! Streven naar steady state
Ilya Prigogine: Door lokale en microscopische veranderingen kunnen uit dergelijke processen
spontaan nieuwe geordende structuren ontstaan, die echter dissipatief zijn. Ze blijven slechts
voortbestaan indien voortdurend energie en materie in een constante flux met de omgeving
worden uitgewisseld.
Controle van de metabolische flux
Flux van metabolieten doorheen de pathway
J = 𝑣𝑓 − 𝑣𝑟
➔ J = flux
➔ 𝑣𝑓 = snelheid voorwaartse reactie en 𝑣𝑟 = snelheid achterwaartse reactie
Bij evenwicht J = 0, voor de gehele pathway wordt flux bepaald door SBS.
o Allosterische controle = regulatie door binden van effector moleculen (susbtraat,
product of co-enzym…), dit induceert conformationele veranderingen in het enzym. Deze
beïnvloeden de affiniteit voor het substraat → dus beïnvloeden enzymactiviteit.
Product kan SBS inhiberen en de pathway stoppen (= feedback inhibitie).
Veel substraat kan de pathway aanschakelen (= feedforward acticatie).
, o Covalente controle = enzymen hebben specifieke sites die enzymatisch
gefosoryleerd en gedefosforyleerd kunnen worden. Dit kan activiteit enzym
veranderen.
o Genetische controle = eiwitsynthese aanpassen naargelang metabolische
behoeten, aanpassen van de concentratie enzymen.
Staat onder hormonale controle
o Substraat cycling = extra nauwkeurige controle van de flux, B → C is SBS. De r,f
reactie door verschillende enzymen en onafhankelijk van elkaar gevarieerd.
Verhogen flux: voorwaartse reactie te versnellen + achterwaartse reactie te
vertragen.
Generenen lichaamswarmte
Groter dynamisch bereikt, pathway kan omkeren → recyclage + minder enzymen
maken.
Allosterische, covalente en substraat cycli → snelle respons op korte-termijn.
Genetische controle → trage respons op lange termijn.
Flux doorheen pathway is afhankelijk van metabolische behoefte van organisme op een bepaald
tijdstip.
Energierijke verbinden
Energie wordt bewaard via de synthese van energierijke verbidningen, de exergone afbraak
hiervan kan endergone processen laten doorgaan.
➔ Gefosforyleerde verbindingen (ATP, GTP…)
ATP = adenosine trifosfaat, fosfaat groepen zijn verbonden door
fosfoanhydride binding. De splitsing van deze binding levert energie. Is
kinetisch stabiel, zal enkel reageren bij geschikt enzym.
Fosforyl groep-tranfer potentieel, de neiging waarmee en
gefosforyleerde verbinding zijn fosforylgroep naar water transfereert.
Hydrolyse, thermodynamisch gunstig en kinetisch ongunstig:
ATP + H2O ↔ ADP + Pi
ATP + H2O ↔ AMP + PPi (pyrofosfaat) → PPi direct gehydrolyseerd naar 2Pi (anorganisch
pyrofosfatase), dit drijft de reactie want is irreversibel. Kan gebruikt worden als reactie niet
voldoende exergoon is.
H1Inleiding tot metabolisme
Algemene metabolische principes hetzelfde in alle organismen→ gevolg van
gemeenschappelijke evolutionaire oorsprong + beperkingen door wetten van de
thermodynamica.
Metabolisme = Som van chemische transformaties die plaats grijpen in een cel of organisme,
een sterk gecoördineerde cellulaire activiteit waarin een groot aantal multi-enzymsystemen die
samenwerken om:
➔ Chemische energie te verkrijgen, nutriënten om te zetten, monomeren te polymeriseren
tot macromoleculen, biomoleculen te synthetiseren en af te breken.
katabolisme = degradatie: omzetting van macromoleculen
naar kleinere micromoleculen. Energie vrijstellen, waarvan
deel wordt gebruikt tot vorming ATP. OXIDATIE
Geassocieerd met oxidatie – energiedragers (NADP+)/
complexe metabolieten worden gereduceerd en simpele
producten geoxideerd.
Anabolisme = biosynthese: kleine, eenvoudige precursoren
worden opgebouwd tot complexe macromoleculen.
REDUCTIE
Energiedragers (NADPH)/complexe metabolieten oxideren
en simpele producten gereduceerd
Complexe metabolieten: ADP + 𝐻𝑃𝑂42− &NADP+ // simpele producten,: ATP & NADPH
Middelste deel = tijdelijk opslag energie uit katabolisme en wordt hierna gebruikt voor
anabolisme = chemische energie.
Voedingsstrategieën adhv 3 vragen
➔ Vanwaar komt de energie om alle
reacties aan te drijven?
➔ Vanwaar komen de nodige
elektronen voor het maken van
covalente bindingen?
➔ Vanwaar komt de koolstof om een
organisme op te bouwen?
Heterotrofen zijn afhankelijk van autotrofen
om te leven!
Chemosynthese is het eerste type metabolisme ontstaan, hierbij wordt een andere E-bron dan
licht gebruikt om moleculen om te zetten naar complexe organische verbindingen (diepzee
hydrothermale bronnen).
,Pathway bestaat uit een reeks door enzym gekatalyseerde reacties, waarbij elke opeenvolgende
stap tot een specifieke, kleine chemische verandering leidt.
➔ Lineaire
Convergent: verschillende precursoren
worden omgezet tot hetzelfde product.
Divergent: verschillende eindproducten
gevormd uit dezelfde precursor.
➔ Vertakte
➔ Cyclische pathways
Metabolieten = precursoren + intermediairen +
producten
Isozymen = enzymen die dezelfde processen katalyseren, maar worden gecodeerd door
verschillende genen en hebben hierdoor andere eigenschappen.
Reacties uitgevoerd door enzymen, deze verlagen de
energie van de transitie toestand maar niet te vrije
energie veranderingen.
➔ Niet spontane reactie laten doorgaan door te
koppelen aan spontane reactie.
Verschillende soorten en klassen voor verschillende,
specifieke reacties.
Reacties zijn gecompartimentaliseerd in de cel en op
het niveau van weefsels en organen.
➔ Processen afscheiden, bepaald milieu behouden voor een bepaald proces.
Thermodynamica
∆𝐺 = Gibbs vrije energie
➔ A + B ↔ C + D:
➔ Bij evenwicht ∆𝐺 = 0 dus Q = Keq
∆𝐺 ′0 = biochemische standaard voor gibbs vrije energie, duidt aan of de voorwaartse of
terugwaartse reactie spontaan is wanneer men alle producten en substraten aan 1M bij
elkaar zou voegen. ∆𝐺 ′0 ≠ ∆𝐺 0
o Als er water gevormd of gebruikt word, zit dit gewerkt in de ∆𝐺 ′0
o ∆𝐺 ′0 geldt bij pH = 7.00 en druk = 1 atm met tempratuur van 25°C
o ∆𝐺 ′0 = ∆𝐺 wanneer reagentia allemaal aan 1M bij elkaar gevoegd zouden worden.
➔ Bij evenwicht: ∆𝐺 ′0 = −𝑅𝑇. ln (𝐾𝑒𝑞)
,Spontaniteit van een reactie hangt af van de werkelijke concentraties en niet van ∆𝐺 ′0.
Als de som van de reacties exergoon is, ∆𝐺 ′0 < 0, dan gaan de reacties door in de voorwaartste
richting.
Meestal ∆𝐺 ′0 dicht bij het evenwicht (enzym werkt altijd en snel), indien
∆𝐺 ′0 = 0 → dood
➔ Als ∆𝐺 ′0 <<<< 0, dan werkt het enzym traag. Dit is de
snelheidsbepalende stap
Flux = snelheid waarmee metabolieten doorheen een metabole pathway
stromen. Bepalen van flux vereist voor niet-equilibrium reacties:
➔ Meeste pathways irreversibel door sterke exergone reactie, die
volledige pathway irreversibel maakt.
Vaak in het begin van de reactie
➔ Anabole en katabole pathways zijn verschillend
➔ Enkel deze reacties verrichten arbeid
! Streven naar steady state
Ilya Prigogine: Door lokale en microscopische veranderingen kunnen uit dergelijke processen
spontaan nieuwe geordende structuren ontstaan, die echter dissipatief zijn. Ze blijven slechts
voortbestaan indien voortdurend energie en materie in een constante flux met de omgeving
worden uitgewisseld.
Controle van de metabolische flux
Flux van metabolieten doorheen de pathway
J = 𝑣𝑓 − 𝑣𝑟
➔ J = flux
➔ 𝑣𝑓 = snelheid voorwaartse reactie en 𝑣𝑟 = snelheid achterwaartse reactie
Bij evenwicht J = 0, voor de gehele pathway wordt flux bepaald door SBS.
o Allosterische controle = regulatie door binden van effector moleculen (susbtraat,
product of co-enzym…), dit induceert conformationele veranderingen in het enzym. Deze
beïnvloeden de affiniteit voor het substraat → dus beïnvloeden enzymactiviteit.
Product kan SBS inhiberen en de pathway stoppen (= feedback inhibitie).
Veel substraat kan de pathway aanschakelen (= feedforward acticatie).
, o Covalente controle = enzymen hebben specifieke sites die enzymatisch
gefosoryleerd en gedefosforyleerd kunnen worden. Dit kan activiteit enzym
veranderen.
o Genetische controle = eiwitsynthese aanpassen naargelang metabolische
behoeten, aanpassen van de concentratie enzymen.
Staat onder hormonale controle
o Substraat cycling = extra nauwkeurige controle van de flux, B → C is SBS. De r,f
reactie door verschillende enzymen en onafhankelijk van elkaar gevarieerd.
Verhogen flux: voorwaartse reactie te versnellen + achterwaartse reactie te
vertragen.
Generenen lichaamswarmte
Groter dynamisch bereikt, pathway kan omkeren → recyclage + minder enzymen
maken.
Allosterische, covalente en substraat cycli → snelle respons op korte-termijn.
Genetische controle → trage respons op lange termijn.
Flux doorheen pathway is afhankelijk van metabolische behoefte van organisme op een bepaald
tijdstip.
Energierijke verbinden
Energie wordt bewaard via de synthese van energierijke verbidningen, de exergone afbraak
hiervan kan endergone processen laten doorgaan.
➔ Gefosforyleerde verbindingen (ATP, GTP…)
ATP = adenosine trifosfaat, fosfaat groepen zijn verbonden door
fosfoanhydride binding. De splitsing van deze binding levert energie. Is
kinetisch stabiel, zal enkel reageren bij geschikt enzym.
Fosforyl groep-tranfer potentieel, de neiging waarmee en
gefosforyleerde verbinding zijn fosforylgroep naar water transfereert.
Hydrolyse, thermodynamisch gunstig en kinetisch ongunstig:
ATP + H2O ↔ ADP + Pi
ATP + H2O ↔ AMP + PPi (pyrofosfaat) → PPi direct gehydrolyseerd naar 2Pi (anorganisch
pyrofosfatase), dit drijft de reactie want is irreversibel. Kan gebruikt worden als reactie niet
voldoende exergoon is.
