HOOFDSTUK 1: STOFWISSELING IN DE CEL
1.1: CHEMIE IN CELLEN
Het geheel van chemische omzettingsprocessen in een organisme is de stofwisseling, ook wel metabolisme. Dit vindt
voor een groot deel plaats in de cellen. De moleculen van organische stoffen bevatten een of meer ketens van
koolstofatomen. Hiernaast bevat een organische stof ook altijd het element waterstof en meestal ook zuurstof. De
bindingen tussen deze elementen bevatten energie. Bij het verbreken van die bindingen komt de energie vrij voor de
cel. De energie die in atoombindingen van energierijke stoffen is opgeslagen, wordt chemische energie genoemd.
Anorganische stoffen zijn stoffen die geen waterstof en koolstof bevatten. Deze stoffen bevatten weinig chemische
energie.
Stofwisselingsprocessen kun je indelen in 2 dingen. Bij assimilatie wordt er een groter organisch molecuul gebouwd
uit kleinere moleculen. Bij dissimilatie wordt er juist een groot organisch molecuul afgebroken tot kleinere
moleculen. Voor assimilatie is energie nodig, bij dissimilatie komt het vrij.
De vorming van glucose uit koolstofdioxide en water noem je koolstofassimilatie (fotosynthese). Glucose is een
grondstof voor andere koolhydraten, vetten, eiwitten en DNA. De vorming van deze stoffen uit glucose is voortgezette
assimilatie. Dit kan plaatsvinden in autotrofe en heterotrofe organismen.
Moleculen van de stof ATP transporteren chemische energie naar plaatsen in de cel waar energie nodig is. ATP bevat
3 fosfaatgroepen. Wanneer de derde fosfaatgroep van ATP wordt afgesplitst, ontstaat ADP. De energie die erbij
vrijkomt wordt overgedragen aan de cel. ATP ontstaat bij fotosynthese.
1.2: ENZYMEN (biokatalysator)
Enzymen zijn eiwitten die chemische omzettingen mogelijk maken of versnellen. Het enzym wordt hier zelf niet bij
verbruikt. Het enzym bevat een actief centrum waar het substraat aankoppelt. Het substraat is de stof waarop een
enzym inwerkt. Het deel van het molecuul waar dan de reactie plaatsvindt is het actieve centrum. De stoffen die bij
de reactie ontstaan zijn de reactieproducten. De naam van een enzym is vaak samengesteld uit de naam van het
substraat en het achtervoegsel -ase. De enzymactiviteit is de mate waarin een enzym een reactie versnelt. Dit kun je
meten door te kijken hoeveel substraat er per tijdseenheid wordt omgezet.
Enzymen zijn gevoelig voor zuurgraad, maar kunnen ook niet tegen te hoge tempraturen. Bij een te hoge tempratuur
denatureert een enzym en gaat het dus kapot. Een enzym kan niet doodgaan want het leeft niet! Wanneer de
specifieke ruimtelijke vorm dan verloren is kan dit ook niet meer naar de oorspronkelijke vorm terug. Het proces is
onomkeerbaar.
1.3: FOTOSYNTHESE
Behalve bladgroen bevatten bladgroenkorrels ook enzymen die nodig zijn voor de fotosynthese. De opgenomen
lichtenergie wordt in fotosynthese gebruikt om ATP te vormen en om water te splitsen in waterstof en zuurstof. De
zuurstof wordt deels afgegeven aan de lucht. De waterstof en de chemische energie uit ATP worden, samen met
koolstofdioxide, gebruikt voor de vorming van glucose.
Formule fotosynthese: water + koolstofdioxide + lichtenergie → glucose + zuurstof
Scheikundige formule fotosynthese: 6 H2O + 6 CO2 + lichtenergie → C6H12O6 + 6 O2
Bladgroen neemt bijna geen groen licht op, want het meeste groene licht wordt gereflecteerd. Daarom zien wij deze
planten in de kleur groen. Het adsorbeert wel goed paarse en rode kleuren.
1.4: VOORTGEZETTE ASSIMILATIE
De moleculen van een koolhydraat, ook sacharide genoemd, zijn opgebouwd uit koolstof, waterstof en zuurstof.
Monosacharide (enkelvoudige suikers) bevatten 5 of 6 koolstofatomen. Twee moleculen van monosacharide kunnen
met elkaar binden tot disacharide. Glucosemoleculen kunnen op deze manier lange ketens van monosachariden
, vormen. Deze noem je polysacharide. Een voorbeeld hiervan is zetmeel. Zetmeel is spiraalvormig en slecht oplosbaar
in water door de grootte van de moleculen. Bij dieren wordt in de lever en spieren glycogeen gevormd. Een
glycogeenmolecuul bestaat uit meer dan twintigduizend glucosemoleculen en is sterk vertakt. Zetmeel en glycogeen
zijn beide reservebrandstoffen. Een andere polysacharide is cellulose, het hoofdbestanddeel van de celwanden van
planten. Doordat de hoek tussen de glucosemoleculen bij elke bindingsplaats een andere kant op wijst, ontstaat een
lichte zigzagvorm. Hierdoor ontstaat er een stevige structuur.
Een aminozuur bevat een centraal C-atoom met daaraan gebonden een aminogroep (NH2), een carboxygroep
(COOH), een H-atoom en een restgroep (R) die typerend is voor het aminozuur. In menselijke eiwitten komen twintig
verschillende typen aminozuren voor. De primaire structuur van een eiwitmolecuul wordt bepaald door de typen
aminozuren die erin voorkomen en de volgorde waarin deze voorkomen.
De spiraalvorm van een eiwit wordt de secundaire structuur of helixstructuur genoemd. Deze spiraal is zeer stabiel.
Veel vetten zijn triglyceriden. Deze worden gevormd doordat drie vetzuurmoleculen zich binden aan een
glycerolmolecuul. Glycerol bestaat uit drie C-atomen waaraan drie OH-groepen zijn gebonden. Vetzuur bestaat uit
een lange keten van CH2-groepen met aan het eind een carboxygroep (COOH). Celmembranen bestaan grotendeels
uit fosfolipiden. Hierbij is 1 vetzuur van triglyceride vervangen door een fosfaatgroep. Ze hebben dus twee hydrofobe
(waterafstotende) vetzuurstaarten en een hydrofiele kop met een fosfaatgroep. Ze vormen hierdoor een dubbele
laag moleculen, met de hydrofiele kop aan de buitenkant en de hydrofobe staart naar de binnenkant.
1.5: DISSIMILATIE
Dissimilatie van glucose met zuurstof noem je aerobe dissimilatie of verbranding. Dit vindt grotendeels plaats in de
mitochondriën. Behalve glucose kunnen er ook vetten en eiwitten worden verbrand. Hierbij wordt er ATP gevormd,
dat weer kan dienen als energiebron.
Glucose + zuurstof → koolstofdioxide + water + ATP
De meeste organismen kunnen glucose ook dissimileren zonder zuurstof. Dit noem je anaerobe dissimilatie of gisting.
Hier wordt ook ATP gevormd. Wanneer er alcohol ontstaat spreek je van alcoholgisting. Er komt bij gisting minder
energie vrij voor de cel dan bij verbranding.
Formule alcoholgisting: C6H12O6 → 2 C2H6O (ethanol) + 2 CO2 + 2 ATP
Formule melkzuurgisting: C6H12O6 → 2 C3H6O3 (melkzuur) + 2 ATP
Melkzuurgisting kan er ook voor zorgen dat er verzuring kan ontstaan bij dieren maar ook bij mensen in onder andere
de spieren. Er komt bij melkzuurgisting ook weinig energie vrij. Het is dan nodig om in korte tijd veel glucose te
dissimileren. Melkzuur zelf bevat nog veel energie en wordt afgevoerd naar de lever. Na inspanning wordt het weer
omgezet in glucose.
Bij de verbranding van koolhydraten worden de koolhydraten eerst omgezet in monosachariden. Eiwitten worden
eerst gesplitst in aminozuren. Vetten in glycerol en vetzuren. Bij verbranding van vetten komt de meeste energie vrij.
1.6: INTENSITEIT VAN DE STOFWISSELING
De minimale stofwisseling die nodig is om doorgaande processen te laten werken, noem je de basale stofwisseling.
De intensiteit van de stofwisseling is de snelheid waarmee de stofwisseling plaatsvindt. Dit meet je door de
hoeveelheid verbruikte zuurstof in rust te meten.
De intensiteit van de fotosynthese is de snelheid waarmee bij de fotosynthese glucose wordt gevormd en zuurstof
ontstaat. De intensiteit wordt bepaald door de factor die het minst gunstig is: de beperkende factor.
1.1: CHEMIE IN CELLEN
Het geheel van chemische omzettingsprocessen in een organisme is de stofwisseling, ook wel metabolisme. Dit vindt
voor een groot deel plaats in de cellen. De moleculen van organische stoffen bevatten een of meer ketens van
koolstofatomen. Hiernaast bevat een organische stof ook altijd het element waterstof en meestal ook zuurstof. De
bindingen tussen deze elementen bevatten energie. Bij het verbreken van die bindingen komt de energie vrij voor de
cel. De energie die in atoombindingen van energierijke stoffen is opgeslagen, wordt chemische energie genoemd.
Anorganische stoffen zijn stoffen die geen waterstof en koolstof bevatten. Deze stoffen bevatten weinig chemische
energie.
Stofwisselingsprocessen kun je indelen in 2 dingen. Bij assimilatie wordt er een groter organisch molecuul gebouwd
uit kleinere moleculen. Bij dissimilatie wordt er juist een groot organisch molecuul afgebroken tot kleinere
moleculen. Voor assimilatie is energie nodig, bij dissimilatie komt het vrij.
De vorming van glucose uit koolstofdioxide en water noem je koolstofassimilatie (fotosynthese). Glucose is een
grondstof voor andere koolhydraten, vetten, eiwitten en DNA. De vorming van deze stoffen uit glucose is voortgezette
assimilatie. Dit kan plaatsvinden in autotrofe en heterotrofe organismen.
Moleculen van de stof ATP transporteren chemische energie naar plaatsen in de cel waar energie nodig is. ATP bevat
3 fosfaatgroepen. Wanneer de derde fosfaatgroep van ATP wordt afgesplitst, ontstaat ADP. De energie die erbij
vrijkomt wordt overgedragen aan de cel. ATP ontstaat bij fotosynthese.
1.2: ENZYMEN (biokatalysator)
Enzymen zijn eiwitten die chemische omzettingen mogelijk maken of versnellen. Het enzym wordt hier zelf niet bij
verbruikt. Het enzym bevat een actief centrum waar het substraat aankoppelt. Het substraat is de stof waarop een
enzym inwerkt. Het deel van het molecuul waar dan de reactie plaatsvindt is het actieve centrum. De stoffen die bij
de reactie ontstaan zijn de reactieproducten. De naam van een enzym is vaak samengesteld uit de naam van het
substraat en het achtervoegsel -ase. De enzymactiviteit is de mate waarin een enzym een reactie versnelt. Dit kun je
meten door te kijken hoeveel substraat er per tijdseenheid wordt omgezet.
Enzymen zijn gevoelig voor zuurgraad, maar kunnen ook niet tegen te hoge tempraturen. Bij een te hoge tempratuur
denatureert een enzym en gaat het dus kapot. Een enzym kan niet doodgaan want het leeft niet! Wanneer de
specifieke ruimtelijke vorm dan verloren is kan dit ook niet meer naar de oorspronkelijke vorm terug. Het proces is
onomkeerbaar.
1.3: FOTOSYNTHESE
Behalve bladgroen bevatten bladgroenkorrels ook enzymen die nodig zijn voor de fotosynthese. De opgenomen
lichtenergie wordt in fotosynthese gebruikt om ATP te vormen en om water te splitsen in waterstof en zuurstof. De
zuurstof wordt deels afgegeven aan de lucht. De waterstof en de chemische energie uit ATP worden, samen met
koolstofdioxide, gebruikt voor de vorming van glucose.
Formule fotosynthese: water + koolstofdioxide + lichtenergie → glucose + zuurstof
Scheikundige formule fotosynthese: 6 H2O + 6 CO2 + lichtenergie → C6H12O6 + 6 O2
Bladgroen neemt bijna geen groen licht op, want het meeste groene licht wordt gereflecteerd. Daarom zien wij deze
planten in de kleur groen. Het adsorbeert wel goed paarse en rode kleuren.
1.4: VOORTGEZETTE ASSIMILATIE
De moleculen van een koolhydraat, ook sacharide genoemd, zijn opgebouwd uit koolstof, waterstof en zuurstof.
Monosacharide (enkelvoudige suikers) bevatten 5 of 6 koolstofatomen. Twee moleculen van monosacharide kunnen
met elkaar binden tot disacharide. Glucosemoleculen kunnen op deze manier lange ketens van monosachariden
, vormen. Deze noem je polysacharide. Een voorbeeld hiervan is zetmeel. Zetmeel is spiraalvormig en slecht oplosbaar
in water door de grootte van de moleculen. Bij dieren wordt in de lever en spieren glycogeen gevormd. Een
glycogeenmolecuul bestaat uit meer dan twintigduizend glucosemoleculen en is sterk vertakt. Zetmeel en glycogeen
zijn beide reservebrandstoffen. Een andere polysacharide is cellulose, het hoofdbestanddeel van de celwanden van
planten. Doordat de hoek tussen de glucosemoleculen bij elke bindingsplaats een andere kant op wijst, ontstaat een
lichte zigzagvorm. Hierdoor ontstaat er een stevige structuur.
Een aminozuur bevat een centraal C-atoom met daaraan gebonden een aminogroep (NH2), een carboxygroep
(COOH), een H-atoom en een restgroep (R) die typerend is voor het aminozuur. In menselijke eiwitten komen twintig
verschillende typen aminozuren voor. De primaire structuur van een eiwitmolecuul wordt bepaald door de typen
aminozuren die erin voorkomen en de volgorde waarin deze voorkomen.
De spiraalvorm van een eiwit wordt de secundaire structuur of helixstructuur genoemd. Deze spiraal is zeer stabiel.
Veel vetten zijn triglyceriden. Deze worden gevormd doordat drie vetzuurmoleculen zich binden aan een
glycerolmolecuul. Glycerol bestaat uit drie C-atomen waaraan drie OH-groepen zijn gebonden. Vetzuur bestaat uit
een lange keten van CH2-groepen met aan het eind een carboxygroep (COOH). Celmembranen bestaan grotendeels
uit fosfolipiden. Hierbij is 1 vetzuur van triglyceride vervangen door een fosfaatgroep. Ze hebben dus twee hydrofobe
(waterafstotende) vetzuurstaarten en een hydrofiele kop met een fosfaatgroep. Ze vormen hierdoor een dubbele
laag moleculen, met de hydrofiele kop aan de buitenkant en de hydrofobe staart naar de binnenkant.
1.5: DISSIMILATIE
Dissimilatie van glucose met zuurstof noem je aerobe dissimilatie of verbranding. Dit vindt grotendeels plaats in de
mitochondriën. Behalve glucose kunnen er ook vetten en eiwitten worden verbrand. Hierbij wordt er ATP gevormd,
dat weer kan dienen als energiebron.
Glucose + zuurstof → koolstofdioxide + water + ATP
De meeste organismen kunnen glucose ook dissimileren zonder zuurstof. Dit noem je anaerobe dissimilatie of gisting.
Hier wordt ook ATP gevormd. Wanneer er alcohol ontstaat spreek je van alcoholgisting. Er komt bij gisting minder
energie vrij voor de cel dan bij verbranding.
Formule alcoholgisting: C6H12O6 → 2 C2H6O (ethanol) + 2 CO2 + 2 ATP
Formule melkzuurgisting: C6H12O6 → 2 C3H6O3 (melkzuur) + 2 ATP
Melkzuurgisting kan er ook voor zorgen dat er verzuring kan ontstaan bij dieren maar ook bij mensen in onder andere
de spieren. Er komt bij melkzuurgisting ook weinig energie vrij. Het is dan nodig om in korte tijd veel glucose te
dissimileren. Melkzuur zelf bevat nog veel energie en wordt afgevoerd naar de lever. Na inspanning wordt het weer
omgezet in glucose.
Bij de verbranding van koolhydraten worden de koolhydraten eerst omgezet in monosachariden. Eiwitten worden
eerst gesplitst in aminozuren. Vetten in glycerol en vetzuren. Bij verbranding van vetten komt de meeste energie vrij.
1.6: INTENSITEIT VAN DE STOFWISSELING
De minimale stofwisseling die nodig is om doorgaande processen te laten werken, noem je de basale stofwisseling.
De intensiteit van de stofwisseling is de snelheid waarmee de stofwisseling plaatsvindt. Dit meet je door de
hoeveelheid verbruikte zuurstof in rust te meten.
De intensiteit van de fotosynthese is de snelheid waarmee bij de fotosynthese glucose wordt gevormd en zuurstof
ontstaat. De intensiteit wordt bepaald door de factor die het minst gunstig is: de beperkende factor.
