Hoofdstuk 7 (5A) stofwisseling

Question 1

Wat is stofwisseling?

Answer 1

Stofwisseling: metabolisme: het totaal aan chemische omzettingsprocessen die plaatsvinden in de cellen van een organisme.
*Met behulp van enzymen.

Question 2

Wat is het verschil tussen assimilatie en dissimilatie?

Answer 2

Assimilatie: de opbouw van organische moleculen uit kleinere moleculen.
Dissimilatie: de afbraak van organische moleculen.

Question 3

Wat zijn de molecuulformules van glucose en fotosynthese?

Answer 3

Molecuulformule glucose: C6H12O6.
Molecuulformule reactievergelijk fotosynthese: 6CO2 + 6H2O + energie wordt C6H12O6 + 6O2.

Question 4

Wat is het verschil tussen autotrofe en heterotrofe organismen?

Answer 4

Autotrofe organismen, zoals planten en cyanobacteriën, doen aan koolstofassimilatie doormiddel van fotosynthese.
Heterotrofe organismen, zoals (de meeste) bacteriën, schimmels en dieren, zijn niet in staat organische stoffen te vormen uit alleen anorganische stoffen.

Question 5

Wat is het verschil tussen organische en anorganische stoffen?

Answer 5

Organische stoffen: koolstofverbindingen.
*Bij alle organische stoffen bevatten de moleculen een of meer ketens van koolstofatomen.
*Een organisch molecuul bevat: koolstof (C), waterstof (H), zuurstof (O) en vaak stikstof (N), zwavel (S), fosfor (P).
*Metaalionen kunnen zijn ingebouwd in organische moleculen.

Anorganische stoffen: stoffen die niet tot de organische stoffen behoren.
*Hebben enkele koolstofverbindingen met kleine moleculen waarin slechts 1 koolstofatoom voorkomt.
*Bevatten geen energie.

Question 6

Wat is ATP? Hoe is het opgebouwd en waarvoor?

Answer 6

ATP: adenosinetrifosfaat.
*Adenosinetrifosfaat: adenosine, opgebouwd uit adenine en ribose, en 3 fosfaatgroepen.
*In de bindingen tussen de fosfaatgroepen is veel chemische energie vastgelegd.
*De moleculen van ATP transporteren chemische energie naar plaatsen in de cel waar energie nodig is.
a. Energie uit ATP is nodig voor vorming glucose in de donkerreacties en andere energievergende processen in de cel.
*ATP is een nucleotide; het is een bouwsteen van nucleinezuren.

Fosforylering: een fosfaatgroep wordt gebonden aan ADP.

ATP-synthase.
Doordat de cyclische en niet-cyclische fotofosforylering aan beide zijden van het membraan plaatsvinden is er een concentratieverschil van H+ ionen. Dit protonengradient wordt door ATP-synthase benut als energiebron voor de vorming van ATP​​.

Binas: 67L, 90A

Question 7

Wat is de bouw en werking van enzymen?

Answer 7

Enzymen zijn eiwitten. Enzymen katalyseren (versnellen) stofwisselingsreacties zonder daarbij zelf te worden verbruikt.

Een enzymmolecuul heeft een ruimtelijke vorm met veel knikken en lussen. In een bepaald deel van het enzymmolecuul bevindt zich het actieve centrum met een specifieke ruimtelijke structuur. Het substraatmolecuul past precies in het actieve centrum. Zodra het substraatmolecuul aan de actieve plaats bindt, vindt de reactie plaats. Op het moment van binding ontstaat heel even een enzym-substraatcomplex (E-S-complex). Na de reactie laat het ontstane molecuul (of de moleculen) los van het actieve centrum en kan een volgende reactie plaatsvinden.

Actieve centrum: het deel van het eiwitmolecuul waar de reactie plaatsvindt.
Substraat: de stof waarop een enzym inwerkt.

De naam van een enzym is vaak samengesteld uit de naam van het substraat met het achtervoegsel -ase.

ATPases: een groep enzymen die zich in het membraan van cellen of celorganellen bevinden.

Question 8

Wat is de activeringsenergie van enzymen?

Answer 8

Activeringsenergie: de energie die moet worden toegevoerd om de energiedrempel te overschrijden.

Bij een lage temperatuur is de beweging van moleculen trager, waardoor de reactie minder snel tot stand komt dan bij een hogere temperatuur. De botsingen zijn dan vaak niet sterk genoeg om een reactie op gang te brengen. Door een activeringsenergie toe te voegen gaan de moleculen sneller bewegen. Hierdoor worden de botsingen krachtiger en komt er een reactie op gang. Een enzym verlaagt dus de hoeveelheid energie die nodig is om een reactie te laten verlopen.

Binas: 37A

Question 9

Wat is een co-factor? Wat is een co-enzym? En wat is een apo-enzym?

Answer 9

Co-factor: molecuul dat nodig is voor de werking van een enzym.

Co-enzym: een organische stof als co-factor.

Apo-enzym: het enzymmolecuul met het actieve centrum.

Question 10

Waar is de enzymactiviteit afhankelijk van?

Answer 10

Enzymactiviteit: de snelheid waarmee een enzym de reactie versnelt.

De enzymactiviteit wordt beïnvloed door: de temperatuur, de zuurgraad, de concentratie van de deelnemende stoffen en door bindingen van enzymen met stoffen die de activiteit kunnen verhogen of remmen.

1. Temperatuur.
   *Onder de minimumtemperatuur is er geen enzymactiviteit, doordat de beweging van de moleculen te traag is voor de vorming van enzym-substraat-complexen.
   *Boven de maximumtemperatuur is er geen enzymactiviteit, doordat alle enzymmoleculen hun specifieke ruimtelijke structuur hebben verloren. Dit proces heet denaturatie en is onomkeerbaar.
2. pH.
   *De activiteit van een enzym is afhankelijk van de zuurgraad van de oplossing waarin de enzymatische omzetting plaatsvindt. Verandering van de pH heeft tot gevolg dat bij steeds meer enzymmoleculen het actieve centrum verandert, waardoor het enzym zijn werking verliest.
3. Activering en remming van enzymactiviteit.
   *Het functioneren van enzymen kan worden beïnvloed door stoffen waarvan de moleculen bindingen aangaan met de enzymmoleculen. Door deze bindingen veranderen de ruimtelijke structuur en de chemische eigenschappen van de enzymmoleculen. Het gevolg hiervan kan zijn dat de enzymactiviteit wordt verhoogd of verlaagd.
   a. Activator: stof die enzymactiviteit verhoogd.
   b. Remstoffen: stoffen die de enzymactiviteit verlagen.
   *Het eindproduct kan functioneren als remstof op een enzym in de reactieketen.

Question 11

Wat is het proces koolstofassimilatie? En wat er is de formule van?

Answer 11

Koolstofassimilatie: glucose uit de anorganische stoffen koolstofdioxide en water (of een andere stof met waterstof) vormen.
*Fotosynthese: koolstofassimilatie met behulp van lichtenergie (bij planten en cyanobacteriën).
*Reactievergelijk fotosynthese: 6CO2 + 6H2O + energie wordt C6H12O6 + 6O2.

Binas: 68A

Question 12

Wat gebeurt er bij de fotosynthese? En waar in de plant vindt het plaats?

Answer 12

Fotosynthese: koolstofassimilatie met behulp van lichtenergie.
*Vindt plaats in de chloroplasten (bladgroenkorrels) in de groene delen van de plant.
*Reactieschema: koolstofdioxide + water + licht wordt glucose + zuurstof (met behulp van enzymen):
a. Nettoreactie: 6CO2 + 6H2O + lichtenergie wordt C6H12O6 + 6O2.
b. Brutoreactie: 6CO2 + 12H2O + lichtenergie wordt C6H12O6 + 6H2O + 6O2.
*Bestaat uit 2 deelreacties:
1. Lichtreactie door energie uit licht. Ontleding van water en vorming van zuurstof, ATP en waterstof dat wordt gekoppeld aan co-enzym NADP+.
2. Donkerreactie door energie uit ATP afkomstig uit de lichtreactie. Vorming van glucose en koolstofdioxide en waterstof (gekoppeld aan co-enzym NADP+) uit de lichtreactie.

Question 13

Wat gebeurt er tijdens een lichtreactie?

Answer 13

Lichtreactie: reactieketen waar licht voor nodig is.

In de lichtreacties op de membranen van de thylakoïden wordt de energie van het geabsorbeerde licht gebruikt voor de splitsing van water en het energierijk maken van elektronen.

In de membranen van de thylakoïden liggen 2 typen chlorofyl (fotosysteem I (PSI) en fotosysteem II (PSII)) en een elektronentransportketen met elektronenacceptoren en enzymmoleculen bij elkaar.

1. Bij de splitsing van water ontstaan waterstofionen (protonen, 2H+), elektronen (2e-) en zuurstof (1/2O2).
2. De waterstofionen komen in de thylakoïdruimte terecht. Zuurstof ontwijkt of wordt gebruikt bij de dissimilatie in de mitochondriën.
3. De elektronen worden in PSII, met behulp van lichtenergie, energierijk gemaakt.
4. De elektronen verliezen energie als zij worden doorgegeven aan de elektronentransportketen, in de richting van PSI. Enzymen in de elektronentransportketen gebruiken de energie van de elektronen om meer waterstofionen vanuit het stroma naar de thylakoïdruimte te pompen.
5. Als de elektronen in PSI aankomen, worden zij met behulp van lichtenergie opnieuw energierijk gemaakt.
6. Deze energierijke elektronen worden afgestaan aan NADP+ (nicotinamide-adenine-dinucleotidefosfaat) in het stroma van de chloroplast.
7. Een NADP+-molecuul neemt 2 elektronen op van het enzym NADP+-reductase en een waterstofion uit het stroma.
8. Daarbij wordt NADPH gevormd (NADP+ + H+ + 2e- wordt NADPH).
9. NADPH transporteert energierijke elektronen en waterstofionen naar de donkerreacties.

Binas: 69A, 69B

Question 14

Wat gebeurt er tijdens een donkerreactie?

Answer 14

Bij de donkerreacties van de fotosynthese wordt glucose gevormd uit koolstofdioxide en de producten van de lichtreacties. In de calvincyclus worden direct 12 waterstofionen gebruikt voor de vorming van glucose. De andere 12 waterstofionen zijn nodig om de zuurstofatomen te binden die vrijkomen bij het invoegen van koolstof uit koolstofdioxide in de calvincyclus. De reacties vinden plaats in het stroma (vloeistof) van de chloroplasten.

Question 15

Wat is de chemosynthese?

Answer 15

Chemosynthese: koolstofassimilatie met energie die beschikbaar komt bij de oxidatie (verbranding) van een anorganische stof.
*Door bactacteriën die chemo-autotroof zijn.

Binas: 69D

Question 16

Wat gebeurt er bij voortgezette assimilatie (koolhydraten, eiwitten, vetten)?

Answer 16

In de voortgezette assimilatie is glucose de grondstof voor de vorming van andere koolhydraten, vetten, eiwitten en DNA. De verbranding van glucose levert ATP en ATP levert energie voor de voortgezette assimilatie.

Koolhydraten.
Bij de condensatiereactie van de vorming van een disacharide, deze ontstaat uit 2 monosachariden, ontstaat een watermolecuul. Het kleine molecuul dat bij de assimilatiereactie wordt afgesplitst is meestal water. Glucosemoleculen kunnen op deze manier lange ketens vormen (polymerisatie).
Condensatiereacties: assimilatiereacties waarbij een klein molecuul wordt afgesplitst.
Polymerisatie: vormen van lange ketens van glucosemoleculen.

*Functie: bouwstof, reservestof en energievoorziening.
*2 vormen:
1. α-vorm: positie 1e C-atoom OH groep naar beneden​.
2. β-vorm: positie 1e C-atoom OH groep naar boven.​

Eiwitten (: polymeren van enkele tientallen tot duizend aminozuren​).
*Planten zijn in staat aminozuren op te bouwen uit glucose en stikstofhoudende ionen (vooral nitraationen (NO3-)). Bij de opbouw van sommige aminozuren wordt ook sulfaat gebruikt.
*Dieren kunnen geen aminozuren opbouwen uit glucose. Ze zijn wel in staat een aantal aminozuren te vormen uit andere aminozuren die ze met hun voedsel binnenkrijgen. De essentiële aminozuren moeten in het voedsel aanwezig zijn.

*Functies:
1. Enzymen; versnellen reacties in/buiten de cel​.
2. Structuureiwitten: bouwstoffen.
3. Receptoreiwitten: reageren op bepaalde stofjes (in celmembranen).
4. Transporteiwitten: vervoeren stoffen.
5. Plasma-eiwitten en antistoffen: maken deel uit van bloedplasma.
*R-groep is kenmerkend voor het type aminozuur​.
*Polypeptide: meerdere aminozuren aan elkaar gekoppeld met een peptidebinding​.
*Dipeptide: twee aan elkaar gekoppelde aminozuren.
*4 structuurfases.

Vetten.
Velen vetten worden gevormd door condensatiereacties, waarbij 3 vetzuurmoleculen zich binden aan 1 gylcerolmolecuul.

*Functie: bouwstof in membranen en brandstoffen.
a. Steroïdhormonen: vetten die een functie hebben als hormoon.
*Grote energiedichtheid: 38,5kJ per gram vet.

Question 17

Wat is dissimilatie?

Answer 17

Bij dissimilatie van organische stoffen komt de energie die bij assimilatie is vastgelegd, weer beschikbaar.
*2 soorten:
1. Aerobe dissimilatie: verbranding: dissimilatie van glucose met zuurstof.
2. Anaerobe dissimilatie: gisting: dissimilatie van glucose zonder zuurstof.
*Brandstoffen: glucose, vetten en eiwitten.

Question 18

Wat gebeurt er bij de aerobe dissimilatie van glucose?

Answer 18

Aerobe dissimilatie van glucose (in cellen): de energie uit glucose wordt omgezet in ATP.
1. Glycolyse (cytoplasma): een glucosemolecuul wordt in 2 delen gesplitst, waardoor 2 moleculen pyrodruivenzuur (C3H4O3) ontstaan. Het pyrodruivenzuur wordt opgenomen in de mitochondriën en verder verwerkt.
2. De vorming van het acetylco-enzym A (acetyl-CoA) uit de binding tussen een molecuul pyrodruivenzuur en co-enzym A. Citroenzuur wordt gevormd als de acetylgroep de citroenzuurcyclus in gaat.
3. Citroenzuurcyclus (mitochondriën): citroenzuurmoleculen worden verder afgebroken tot CO2-moleculen. De energie uit glucose wordt gebruikt voor de vorming van energierijke elektronen gebonden aan NADH en FADH2.
4. Oxidatieve fosforylering (binnen membraan van mitochondriën): energierijke elektronen staan hun energie geleidelijk af voor de synthese van ATP. Energie-arme elektronen en waterstofionen worden gebonden aan zuurstof.

Binas: 68A, 68B, 68C, 68D

Question 19

Wat gebeurt er bij de glycolyse?

Answer 19

Glycolyse: glucose wordt in een reactieketen van 9 stappen gesplitst in 2 moleculen pyrodruivenzuur die elk 3 koolstofatomen lang zijn.
*C6H12O6 + 2NAD+ wordt 2 pyrodruivenzuur + 2NADH,H+
*Levert netto 2 ATP-moleculen op.
*Vindt plaats in het cytoplasma.
*Anaeroob proces.

Binas: 68A, 68B

Question 20

Wat gebeurt er bij de citroenzuurcyclus?

Answer 20

In de citroenzuurcyclus in de mitochondriën worden de pyrodruivenzuurmoleculen die bij de glycolyse in het cytoplasma ontstaan verder verwerkt.
0. Voorafgaand aan de citroencyclus bindt een pyrodruivenzuurmolecuul aan co-enzym A tot acetyl-CoA waarbij een koolstofatoom wordt afgesplitst, samen met 2 zuurstofatomen.

1. Er ontstaan een molecuul CO2 en een molecuul NADH (per molecuul pyrodruivenzuur).
2. De restgroep van 2 C-atomen wordt opgenomen in de citroenzuurcyclus waarbij citroenzuur ontstaat.
3. Co-enzym A komt weer beschikbaar om het volgende molecuul pyrodruivenzuur te binden.

*2 actetyl-CoA + 6NAD+ + 2FAD + 4H2O wordt 2CoA + 6NADH,H+ + 2FADH2 + 4CO2
*Levert 2 ATP-moleculen op.
*De citroenzuurcyclus vindt plaats in de matrix.
Matrix: vloeistof die wordt omsloten door het binnenmembraan van de mitochondriën.
*Voor dissimilatie van 1 glucosemolecuul vinden alle reacties 2x plaats​.

Binas: 68A, 68C

Question 21

Wat gebeurt er bij de oxidatieve fosforylering?

Answer 21

0. De NADH- en FADH2-moleculen die bij de glycolyse en bij de citroenzuurcyclus zijn ontstaan, bevatten energierijke elektronen. Bij elke overdracht in de elektronentransportketen verliezen de elektronen een beetje van hun energie.
1. Deze energie wordt gebruikt om H+-ionen actief door het binnenste membraan van het mitochondrium naar de vloeistof tussen binnen- en buitenmembraan te transporteren.
2. Het concentratieverschil dat hierdoor aan weerszijden van het binnenmembraan ontstaat, wordt met behulp van het enzym ATP-synthase, benut als energiebron voor de synthese van ATP.
3. Als de elektronen vrijwel al hun energie hebben afgegeven, reageren ze met zuurstof (samen met H+-ionen). Het laatste beetje energie raken ze hierbij kwijt in de vorm van warmte.
4. De elektronen komen terecht in een watermolecuul.

Elektronentransportketen: reactieketen waarbij elektronen worden doorgegeven aan verschillende elektronenacceptoren die achter elkaar liggen in het binnenmembraan van de mitochondriën.

Binas: 68A, 68D

Question 22

Wat gebeurt er bij de anaerobe dissimilatie? En wat is het verschil met de aerobe dissimilatie?

Answer 22

De glycolyse is anaerobe proces (er ontstaan 2 ATP moleculen). Doormiddel van gisting kunnen heterotrofe organismen die weinig energie nodig hebben en genoeg voedsel hebben zo hun energie vormen.

Gisting: proces van heterotrofe soorten die slechts weinig energie nodig hebben en beschikken over een grote hoeveelheid voedsel waarbij ATP gevormd wordt doormiddel van anaerobe glycolyse.
*Alcoholgisting: vorm van anaerobe dissimilatie van glucose waarbij gisten pyrodruivenzuur omzetten in ethanol (een alcohol).
*Melkzuurgisting: vorm van anaerobe dissimilatie van glucose waarbij NADH wordt omgezet in NAD+ doordat melkzuurbacteriën pyrodruivenzuur omzetten in melkzuur.

Kenmerken anaerobe dissimilatie:
*Geen zuurstofverbruik.
*Lage energieopbrengst.
*Energierijke eindproducten.
Kenmerken aerobe dissimilatie:
*Zuurstofverbruik.
*Hoge energieopbrengst.
*Energiearme eindproducten.

Binas: 68B

Question 23

Hoe worden eiwitten, vetten en koolhydraten aeroob gedissimileerd?

Answer 23

Eiwitten.
1. Eiwitten worden gesplitst in aminozuren.
2. Van aminozuren wordt de aminogroep afgesplitst en omgezet in ammoniak (NH3). Bij de dissimilatie van aminozuren kan ook zwavel ontstaan.
3. De overgebleven koolstofketen kan worden omgezet in pyrodruivenzuur, in azijnzuur (als acetyl-CoA) of in andere stoffen die in de citroenzuurcyclus verder worden gedissimileerd.

Vetten.
*Vetten worden gesplitst in glycerol en vetzuren. Dit gebeurt onder andere in de lever en in de wand van haarvaten.
a. In cellen kan glycerol worden omgezet in pyrodruivenzuur dat verder aeroob kan worden gedissimileerd. Als in een cel geen grote behoefte is aan energie, kan glycerol ook worden omgezet in glucose en vervolgens in glycogeen. Dit wordt opgeslagen als energiereserve.
a. Van de vetzuren worden telkens moleculen afgesplitst die 2 C-atomen bevatten (C2-moleculen). De enzymen die deze splitsing katalyseren, bevinden zich in de vloeistof in de mitochondriën.
b. De C2-moleculen worden omgezet in acetylco-enzym A dat kan binnentreden in de citroenzuurcyclus.

Koolhydraten.
*Koolhydraten worden omgezet in monosachariden, vooral glucose.

Binas: 68E