Thema 3 Stofwisseling in de cel
1. Chemie in cellen
Metabolisme
Het geheel van chemische omzettingsprocessen in een organisme is de
stofwisseling (metabolisme). Een groot deel vindt plaats in de cellen; levende
cellen nemen stoffen op uit hun omgeving en zetten die stoffen om in andere
stoffen nodig voor de opbouw van de cel + energievoorziening.
Alle stofwisselingsprocessen die in rust doorgaan, worden gerekend tot het
basale metabolisme (de grondstofwisseling).
Energierijke organische stoffen
Organische stoffen bevatten een of meer ketens van koolstofatomen. Ook bevat
het altijd het element waterstof (H) en meestal ook zuurstof (O). Er is energie
nodig om de bindingen tussen koolstof- en waterstofatomen tot stand te
brengen. Bij het verbreken van de C-H bindingen komt de energie beschikbaar
voor de cel. De energie die in de atoombindingen van energierijke stoffen is
opgeslagen, heet chemische energie. Anorganische stoffen bestaan uit kleine,
eenvoudig gebouwde moleculen. Ze bevatten weinig energie.
Assimilatie en dissimilatie
Stofwisselingsprocessen zijn in te delen in:
- Assimilatie, opbouw van organische moleculen uit kleinere moleculen
(energie nodig)
- Dissimilatie, afbraak van grote organische moleculen tot kleinere
moleculen (energie komt
beschikbaar)
Alleen autotrofe organismen zijn in staat
glucose te vormen uit koolstofdioxide en
water (= koolstofassimilatie). Glucose
is vervolgens de grondstof voor vorming
van andere koolhydraten, vetten,
eiwitten en DNA (= voortgezette
assimilatie). Er ontstaan grote
organische moleculen met energierijke
bindingen. Door dissimilatie van
organische moleculen komt energie
beschikbaar voor celprocessen, zoals assimilatie of stoffentransport. Voortgezette
assimilatie en dissimilatie vinden zowel in autotrofe als in heterotrofe organismen
plaats.
Energiedragers
Cellen doen allerlei activiteiten (delen, groeien, zorgen voor levensprocessen).
Daarvoor hebben ze energie nodig. Moleculen van de stof ATP
(adenosinetrifosfaat) transporteren chemische energie naar plaatsen in de cel
waar energie nodig is.
ATP bestaat uit adenosine (adenine en ribose) en drie fosfaatgroepen. In de
bindingen tussen de fosfaatroepen is veel chemische energie vastgelegd.
Wanneer de derde fosfaatgroep van ATP wordt afgesplitst, ontstaat ADP
(adenosinedifosfaat) en komt bindingsenergie beschikbaar.
, De energie die hierbij beschikbaar komt, kan worden overgedragen aan
stofwisselingsreacties en processen in de cel. Afsplitsing van de tweede
fosfaatgroep AMP (adenosinemonofosfaat). Andere energiedrager zijn de
chemisch aan ATP verwante moleculen NAD+ en NADP+.
ATP wordt gevormd bij fotosynthese en verbranding in mitochondriën. Daarbij
worden lichtenergie en de chemische energie uit glucose omgezet in de
chemische energie van ATP. Door binding van een fosfaatgroep aan ADP ontstaat
energierijk ATP (= fosforylering). In reactievergelijkingen wordt een vrije
fosfaatgroep vaak weergegeven door Pi.
2. Enzymen
Bouw en werking
Enzymen zijn eiwitten die chemische omzettingsprocessen katalyseren (mogelijk
maken / versnellen) zonder zelf te worden verbruikt. Met enzymen kan de cel de
stofwisseling sturen. Het deel van het molecuul waar de reactie plaatsvindt =
actieve centrum. Dit deel heeft een specifieke ruimtelijke structuur. De stof
waarop een enzym inwerkt, noem je het substraat. Dit past precies in het
actieve centrum. Doordat dit zo is, zijn enzymen substraatspecifiek (= elk
enzym kan slechts inwerken op één stof en elke reactie vereist een eigen enzym.
Als een substraatmolecuul aan het actieve centrum bindt, vindt de reactie plaats.
De stof(fen) die ontstaan noem je reactieproduct(en).
De enzymatische reacties kunnen in twee richtingen verlopen.
Veel enzymen hebben een speciaal ion of molecuul nodig om goed te kunnen
werken. Als een enzym voor zijn werking een ander molecuul nodig heeft, wordt
dit molecuul cofactor genoemd. Het eigengelijke enzymmolecuul wordt dan
apo-enzym genoemd. Cofactor is organisch of anorganisch. Als de cofactor een
organische stof is, spreekt men meestal van co-enzym (vitaminen + ATP).
ATP’asen zijn transporteiwitten in de membranen van cellen of celorganellen. Ze
transporteren actief ionen dit ionentransport kan alleen plaatsvinden m.b.v.
energie uit omzetting van ATP in ADP en fosfaat. Bij de werking van ATP’ase is
ATP dus substraat én co-enzym. Als H+-ionen via ATP’ase naar buiten stromen,
komt juist energie beschikbaar. Deze energie wordt gebruikt voor. De synthese
van ATP uit ADP + Pi. in deze functie wordt ATP’ase ook wel ATP-synthase
genoemd.
Activeringsenergie
De minimale hoeveelheid energie die nodig is om een reactie op gang te
brengen, noem je de energiedrempel. Bij een lage temperatuur moleculen
bewegen traag
Bij de botsingen komt dan niet genoeg energie vrij om een reactie op gang te
brengen.
De energie die moet worden toegevoerd om de reactie op gang te brengen, is de
activeringsenergie. De energie die bij de reactie vrijkomt, is e reactie-
energie. Bij veel stofwisselingsprocessen is de energiedrempel vrij hoog. De
temperatuur in de cel is laag om voldoende activeringsenergie te leveren. Door
inwerking van een enzym op een substraat wordt de energiedrempel verlaagd,
zodat er minder activeringsenergie nodig is. De reactie kan dan bij de heersende
temperatuur in cellen plaatsvinden.
Enzymactiviteit
1. Chemie in cellen
Metabolisme
Het geheel van chemische omzettingsprocessen in een organisme is de
stofwisseling (metabolisme). Een groot deel vindt plaats in de cellen; levende
cellen nemen stoffen op uit hun omgeving en zetten die stoffen om in andere
stoffen nodig voor de opbouw van de cel + energievoorziening.
Alle stofwisselingsprocessen die in rust doorgaan, worden gerekend tot het
basale metabolisme (de grondstofwisseling).
Energierijke organische stoffen
Organische stoffen bevatten een of meer ketens van koolstofatomen. Ook bevat
het altijd het element waterstof (H) en meestal ook zuurstof (O). Er is energie
nodig om de bindingen tussen koolstof- en waterstofatomen tot stand te
brengen. Bij het verbreken van de C-H bindingen komt de energie beschikbaar
voor de cel. De energie die in de atoombindingen van energierijke stoffen is
opgeslagen, heet chemische energie. Anorganische stoffen bestaan uit kleine,
eenvoudig gebouwde moleculen. Ze bevatten weinig energie.
Assimilatie en dissimilatie
Stofwisselingsprocessen zijn in te delen in:
- Assimilatie, opbouw van organische moleculen uit kleinere moleculen
(energie nodig)
- Dissimilatie, afbraak van grote organische moleculen tot kleinere
moleculen (energie komt
beschikbaar)
Alleen autotrofe organismen zijn in staat
glucose te vormen uit koolstofdioxide en
water (= koolstofassimilatie). Glucose
is vervolgens de grondstof voor vorming
van andere koolhydraten, vetten,
eiwitten en DNA (= voortgezette
assimilatie). Er ontstaan grote
organische moleculen met energierijke
bindingen. Door dissimilatie van
organische moleculen komt energie
beschikbaar voor celprocessen, zoals assimilatie of stoffentransport. Voortgezette
assimilatie en dissimilatie vinden zowel in autotrofe als in heterotrofe organismen
plaats.
Energiedragers
Cellen doen allerlei activiteiten (delen, groeien, zorgen voor levensprocessen).
Daarvoor hebben ze energie nodig. Moleculen van de stof ATP
(adenosinetrifosfaat) transporteren chemische energie naar plaatsen in de cel
waar energie nodig is.
ATP bestaat uit adenosine (adenine en ribose) en drie fosfaatgroepen. In de
bindingen tussen de fosfaatroepen is veel chemische energie vastgelegd.
Wanneer de derde fosfaatgroep van ATP wordt afgesplitst, ontstaat ADP
(adenosinedifosfaat) en komt bindingsenergie beschikbaar.
, De energie die hierbij beschikbaar komt, kan worden overgedragen aan
stofwisselingsreacties en processen in de cel. Afsplitsing van de tweede
fosfaatgroep AMP (adenosinemonofosfaat). Andere energiedrager zijn de
chemisch aan ATP verwante moleculen NAD+ en NADP+.
ATP wordt gevormd bij fotosynthese en verbranding in mitochondriën. Daarbij
worden lichtenergie en de chemische energie uit glucose omgezet in de
chemische energie van ATP. Door binding van een fosfaatgroep aan ADP ontstaat
energierijk ATP (= fosforylering). In reactievergelijkingen wordt een vrije
fosfaatgroep vaak weergegeven door Pi.
2. Enzymen
Bouw en werking
Enzymen zijn eiwitten die chemische omzettingsprocessen katalyseren (mogelijk
maken / versnellen) zonder zelf te worden verbruikt. Met enzymen kan de cel de
stofwisseling sturen. Het deel van het molecuul waar de reactie plaatsvindt =
actieve centrum. Dit deel heeft een specifieke ruimtelijke structuur. De stof
waarop een enzym inwerkt, noem je het substraat. Dit past precies in het
actieve centrum. Doordat dit zo is, zijn enzymen substraatspecifiek (= elk
enzym kan slechts inwerken op één stof en elke reactie vereist een eigen enzym.
Als een substraatmolecuul aan het actieve centrum bindt, vindt de reactie plaats.
De stof(fen) die ontstaan noem je reactieproduct(en).
De enzymatische reacties kunnen in twee richtingen verlopen.
Veel enzymen hebben een speciaal ion of molecuul nodig om goed te kunnen
werken. Als een enzym voor zijn werking een ander molecuul nodig heeft, wordt
dit molecuul cofactor genoemd. Het eigengelijke enzymmolecuul wordt dan
apo-enzym genoemd. Cofactor is organisch of anorganisch. Als de cofactor een
organische stof is, spreekt men meestal van co-enzym (vitaminen + ATP).
ATP’asen zijn transporteiwitten in de membranen van cellen of celorganellen. Ze
transporteren actief ionen dit ionentransport kan alleen plaatsvinden m.b.v.
energie uit omzetting van ATP in ADP en fosfaat. Bij de werking van ATP’ase is
ATP dus substraat én co-enzym. Als H+-ionen via ATP’ase naar buiten stromen,
komt juist energie beschikbaar. Deze energie wordt gebruikt voor. De synthese
van ATP uit ADP + Pi. in deze functie wordt ATP’ase ook wel ATP-synthase
genoemd.
Activeringsenergie
De minimale hoeveelheid energie die nodig is om een reactie op gang te
brengen, noem je de energiedrempel. Bij een lage temperatuur moleculen
bewegen traag
Bij de botsingen komt dan niet genoeg energie vrij om een reactie op gang te
brengen.
De energie die moet worden toegevoerd om de reactie op gang te brengen, is de
activeringsenergie. De energie die bij de reactie vrijkomt, is e reactie-
energie. Bij veel stofwisselingsprocessen is de energiedrempel vrij hoog. De
temperatuur in de cel is laag om voldoende activeringsenergie te leveren. Door
inwerking van een enzym op een substraat wordt de energiedrempel verlaagd,
zodat er minder activeringsenergie nodig is. De reactie kan dan bij de heersende
temperatuur in cellen plaatsvinden.
Enzymactiviteit
