Samenvatting Metabolisme en Metabole Regeling - Deel Prof. Debyser (KULAK)

HS15: METABOLISME: BASISCONCEPTEN
1. INHOUD
Inleiding .................................................................................................................................. 3
2. Belangrijke reacties ............................................................................................................ 3
Energie .................................................................................................................................... 3
Thermodynamica.................................................................................................................... 4
Eerste wet........................................................................................................................... 4
Tweede wet ........................................................................................................................ 4
Energie [vervolg] .................................................................................................................... 4
3. ATP als universele energiedrager ....................................................................................... 5
ATP hydrolyse ......................................................................................................................... 6
Evenwicht verschuiven ........................................................................................................... 6
Hoge fosforylpotentiaal.......................................................................................................... 6
Fosforyltransfer ...................................................................................................................... 7
4. Oxidatie van koolstof.......................................................................................................... 8
Fotosynthese .......................................................................................................................... 8
Algemeen............................................................................................................................ 8
Oxidatie en reductie ........................................................................................................... 8
Voorbeelden ........................................................................................................................... 9
5. Metabole paden ............................................................................................................... 10
Energiedragers ..................................................................................................................... 10
Dragers voor oxidatie ....................................................................................................... 10
Dragers voor reductie....................................................................................................... 12
Dragers van C-C fragmenten ............................................................................................ 12
Besluit ............................................................................................................................... 12
Vitaminen als voorloper ....................................................................................................... 13
Sleutelreacties ...................................................................................................................... 14
Regulatie ............................................................................................................................... 15
Evolutie ................................................................................................................................. 16
6. Structuren......................................................................................................................... 16



© Gilles Bossuyt 2017
1

,INLEIDING

o Wat we zullen onderzoeken
− Hoe een cel
└ Energie
└ Reducerende kracht
uit haar omgeving haalt
− Hoe een cel
└ Bouwstenen
└ Macromoleculen
maakt
o Metabolisme = het geheel van chemische reacties in een cel (in een levend organisme)
die nodig zijn om orde te creëren en te handhaven
o Chemische reacties:
− Katabolisme: afbraak van moleculen tot bouwstenen en energie
− Anabolisme: opbouw van nieuwe moleculen
o Cel ≈ fabriek (1000-tal reacties in E. Coli) → terugkerende motieven van reacties:
− Gemeenschappelijke energiedrager
− 100 moleculen spelen een centrale rol
− Gelijksoortige reacties
− Gemeenschappelijk regulatiemechanismen
→ metabole map:
└ Bol = molecule
└ Lijn = reactie
└ Centraal: glycolyse → aanmaak ATP → essentieel
o Algemene principes:
1. Metabole paden = op elkaar volgende reacties
2. ATP verbindt katabole met anabole paden
3. Koolstofoxidatie genereert ATP
4. Het aantal reactietypes en intermediairen is beperkt
5. Metabole paden zijn sterk gereguleerd

2. BELANGRIJKE REACTIES

ENERGIE

o Energie in ons lichaam
− Nodig voor
└ Mechanische activiteit (spiercontractie)
└ Transport
└ Anabolisme



© Gilles Bossuyt 2017
3

, − Afkomstig van
└ Zonlicht: fotosynthese → door fototrofen
└ Oxidatie van koolstofbronnen → afkomstig van fototrofen → door
chemotrofen
o Katabolisme: brandstof → energie
− Aeroob
− Anaeroob
o Anabolisme: aanmaak van bouwstenen

THERMODYNAMICA

o Natuur  de cel
− Natuur: spontane evolutie naar wanorde
− De cel: orde vereist energie en reacties

EERSTE WET
Wanorde neemt altijd toe

o Bv. kansrekening muntstukken, kamer van een kotstudent
o Wanorde = entropie
o De cel = paradox?
− Cel ≠ geïsoleerd systeem
− Energieopname uit omgeving → orde creëren → warmte vrijzetting
→ wanorde omgeving ↑ → entropie totale systeem ↑

TWEEDE WET
Energie kan van de ene vorm naar de andere worden omgezet maar kan niet vernietigd
worden

o Bv. opname voedsel: chemische energie wordt omgezet in warmte
o De cel koppelt vrijzetting van warmte aan
− Synthese
− Creatie van orde

ENERGIE [VERVOLG]

o Katabole paden  anabole paden
− Amfibole paden = katabool of anabool i.f.v. de energie status
− Verschillen
└ Mogelijk door werking van verschillende enzymen
└ Zijn energetisch noodzakelijk
└ Maakt regulatie mogelijk


© Gilles Bossuyt 2017
4

, o Een thermodynamisch ongunstige reactie kan worden gedreven door een gunstige
reactie
o Koppeling van reacties: thermodynamisch ongunstige reactie kan worden gedreven door
een thermodynamisch gunstige reactie die er op volgt
o Gunstige reactie? → vrije energieverandering ΔG
− Vertelt hoe ver de reactie van het evenwicht is verwijderd
− ∆G0’ = standaard vrije energieverandering (T = 37 °C, [] = 1 mol/l, pH = 7,4)
− ΔG < 0 → reactie gaat spontaan op
− ΔG = 0 → reactie is in chemisch evenwicht
− Formule:
[C] · [D]
└ ΔG = ∆G0’ + R ·T · ln
[A] · [B]
[B]
└ ΔG = ∆G0' + 0,616 · ln
[A]
− Afhankelijk van 2 tegenwerkende componenten
└ Aard van de reagentia → standaard vrije energieverandering ΔG0
└ Concentratie
− Verband met evenwichtsconstante
− ∆𝐺𝐺0′ − ∆𝐺𝐺0′
[𝐵𝐵]
└ K = [𝐴𝐴] = 𝑒𝑒 0,616 = 10 1,36


− ΔG van gekoppelde reacties? → som van individuele ΔG’s
└ Bv. X → Z
X → Y = + 5 kcal/mol
Y → Z = - 13 kcal/mol
→ Gekoppelde reactie : - 8 kcal/mol
o Enzymen versnellen energetisch gunstige reacties
− Verlagen de activatie-energie
− Geen invloed op chemische evenwicht
− Geen invloed op standaard vrije energieverandering
o Glycolyse + glycogenese: pathways hebben beiden een ΔG < 0 door specifieke enzymen

3. ATP ALS UNIVERSELE ENERGIEDRAGER
o Gemeenschappelijk “betaalmiddel” in metabolisme = ATP
o Energie vrijgezet bij katabolisme wordt opgeslagen in ATP
o Gebruik ATP:
− Transport
− Spiercontractie
− Biosynthese
o Aeroob  anaeroob
− Aeroob: ATP aanmaak → veel ATP maar traag
− Anaeroob: glycolyse → weinig ATP maar snel

© Gilles Bossuyt 2017
5