Samenvatting celbiologie module 2 (5102CELB9Y)

Module 2 deel 1: Bioenergetica

Catalyse en het gebruik van energie door cellen

Cel metabolisme wordt geregeld door enzymen:
- Reacties vinden vaak plaats op veel hogere temperaturen dan die aanwezig zijn in de cel en
daardoor heeft een reactie een chemische boost nodig -> door een enzym.
o Op deze manier kan de cel zijn chemie controleren
- Reacties gekatalyseerd door een enzym zijn een ketting: Het product van de ene reactie is
het beginproduct (substraat) voor een andere reactie.
- 2 soorten reacties:

Metabolisme van de cel
1. Catabolic reacties
o Breekt grotere moleculen af tot kleinere moleculen
 Product = energie en kleinere bouwstenen
2. Anabolic reacties (biosynthese)
o Gebruiken de verkregen kleine moleculen en energie gemaakt door
catabolic reacties om andere moleculen te maken.
 Product = grotere moleculen

Biologische order door vrijlating van warmte door cellen

2de wet van thermodynamiek = In een geïsoleerd systeem (universum) neemt de mate van wanorde
altijd toe.
Deze wet heeft veel implicaties voor het leven:

Vb. Als je een bak hebt met 100 muntjes die allemaal op kop liggen. Als de bak dan beweegt gaat de
verdeling waarschijnlijk naar een 50-50 kop munt verdeling. Dit kan op veel verschillende manieren
ontstaan, maar dat de muntjes allemaal op kop liggen kan maar op één manier ontstaan.
Omdat de 50-50 een hogere waarschijnlijkheid heeft kun je zeggen dat het meer ‘wanorde’
heeft.
 Daarom heeft iemands leef ruimte vaak meer disorder, omdat het wordt veroorzaakt door
spontane processen, maar het terugkeren van die wanorde kost moeite.

Entropie = De mate van wanorde in een systeem

Andere manier om de 2de wet van thermodynamiek te zeggen = Systemen gaan spontaan in de
richting van een organisatie met meer wanorde

Tegenargument = Doordat cellen groeien en overleven kan je zeggen dat ze een order creëren en
dus tegen de 2de wet ingaan.

Weerlegging = Een cel is niet een geïsoleerd systeem, het gebruikt heel veel stoffen aangeleverd
door de omgeving. Het gebruikt dan deze energie om order binnen zichzelf te creëren. Door deze
reacties komt er hitte vrij in de omgeving die weer zorgt voor meer wanorde.
 Zo zorgt de cel toch voor meer wanorde in het systeem.

Waarom zorgt hitte voor wanorde?

,Wanneer er hitte vrij komt gaan moleculen meer bewegen (thermische beweging) waardoor de
intensiteit en randomness van de moleculen omhoog gaat.
1ste wet van thermodynamiek = Energie kan worden omgezet van de ene vorm naar de andere vorm,
maar het kan niet gemaakt of verloren gaan.
De hoeveelheid energie in verschillende vormen kan wel veranderen door chemische
reacties, maar de totale hoeveelheid blijft altijd gelijk.

Een cel profiteert niet van de vrijgelaten energie, tenzij het proces waar de energie bij vrij kwam
direct te maken heeft met het verkrijgen van moleculaire order.
 Een directe link tussen gecontroleerd verbranden van voeding om zo de biologische order te
maken is nodig voor cellen om hun eigen order te maken en te behouden in een universum
wat wel meer richting wanorde gaat.


Oxidatie
- Energie is verkregen door het te halen uit voedingsmoleculen ->
oxidatie

Aerobe respiratie = Het maken van CO2 en H2O door organische moleculen
te laten reageren met zuurstof.

- Het heeft ook een meer algemene betekenis = Elektronen worden overgezet
van een atoom naar een ander atoom.
o Weghalen van elektronen
- Reductie = Toevoegen van elektronen
Omdat er nooit energie verloren gaat gebeuren deze twee altijd
simultaan
 Ook al sprake van oxidatie en reductie als het gaat om een polaire covalente
binding.

A + e- + H+ -> AH

Hydrogenatie = Reacties waarbij én een proton (waterstof) en een elektron bij
betrokken zijn
Reductie
Dehydrogenatie = Reacties waarbij alleen een waterstof van een molecuul af wordt gehaald
Oxidatie

Activatie-energie
- Bij een verbranding is er een verlies van ‘vrije energie’ = Energie die gebruikt kan worden om
werk te doen of chemische reacties kan begeleiden.
Dit verlies representeert de verminderde orde van de moleculen in het papier

Reacties gaan spontaan, maar wel in de richting waarbij er een verlies is van ‘vrije energie’. Dit is een
reactie die energetisch gezien wel voordelig is.

- Activatie-energie = De hoeveelheid energie die nodig is om een bepaalde reactie in gang te
zetten.
o Gedaan door : enzymen

, Het enzym bindt zich aan een substraat (molecuul) en houdt ze op een bepaalde manier vast
waardoor er veel minder energie nodig is om die reactie op gang te brengen.
Katalysator = Een substantie die ervoor kan zorgen dat de activatie-energie gaat dalen

Enzymen
- Kan niet het evenwicht van een reactie veranderen
o Wanneer een enzym de activatie-energie laat dalen
voor bijvoorbeeld de reactie
X -> Y, dan gaat de reactie Y -> X ook sneller. De
activatie-energie daalt aan beide kanten met
evenveel, waardoor het evenwicht hetzelfde blijft.
- Ze kunnen wel bepaalde reacties beïnvloeden doordat ze heel specifiek zijn met welke
reactie ze katalyseren.
- Elk enzym heeft een unieke activatiesite

Hoe vinden enzymen hun substraat?
- 3 soorten moleculaire beweging:

1. Translationale beweging -> Beweging van een molecuul van een plek naar een andere
2. Vibraties -> Snelle vooruit en terug bewegen van covalente gelinkte atomen ten opzichte van
elkaar
3. Rotaties
- Diffusie = Wanneer een molecuul door de binnenkant van de cel beweegt
- Door deze snelle vormen van bewegen botsen moleculen veel tegen elkaar op en leggen ze
een random pad af. Enzymen bewegen langzamer dan de moleculen, dus het enzym wordt
gebombardeerd met moleculen in plaats van andersom.
o Verkeerde substraten = Deze passen niet goed in de activesite van het enzym en dan
vormen ze wel nog nieuwe non-covalente bindingen. Deze geven alleen
verwaarloosbaar weinig energie ten opzichte van beweging door warmte, dus zal het
substraat ook meteen weer loslaten.

Afgelegde afstand heeft een wortel verband met de tijd die het kost om die afstand af te leggen
4s om 2 micrometer af te leggen.

Vrije energie
- Enzymen kunnen reacties wel katalyseren, maar kan het niet zonder dat de cel het wil.
- Vrije energie = Enzymen zullen sneller kiezen om een reactie te laten verlopen die energiek
‘favourable’ is ten opzichte van niet voordelig. De wanorde die dit oplevert voor de omgeving
kan gezien worden als vrije energie.
o Energiek favourable = produceren hitte, reduceren hoeveelheid vrije energie.
- ΔG
Vb. Wanneer een strak gespannen veer los gaat zitten, zo laat het zijn
opgeslagen energie los in de omgeving

o Energiek unfavourable = produceren biologische orde
Vb. Samenvoegen van twee aminozuren
 ΔG = vrije energie
 Hoeveelheid energie die er is ‘om het werk te doen’
 Deze waarde is alleen nuttig als ergens een verandering is