Kennisclips H10 en H11
10.1 katabole routes leveren energie op door het oxideren van organische brandstoffen
Katabole routes
• Leveren energie door de afbraak van complexe moleculen
• Afbraak van organische moleculen is exergoon
• Fermentatie: gedeeltelijke afbraak van suikers zonder O2
• Aerobe respiratie: volledige afbraak van organische moleculen met gebruik van O2 en ATP-
opbrengst
• Anaerobe respiratie: zoals aerobe respiratie maar er wordt een andere verbinding dan O2
gebruikt
• Cellulaire ademhaling; bij zowel aeroob als anaerobe dissimilatie wordt er gekeken naar het
afbreken van suiker, er zijn vele anderen brandstoffen (koolwaterstoffen, vetten eiwitten) maar
glucose wordt als model-brandstof gebruikt
Redox reacties
• Het verplaatsen van elektronen bij chemische reacties geeft
energie vrij dat opgeslagen zit in organische moleculen
• Uiteindelijk wordt deze energie omgezet in ATP
• Bij oxidatie verliest een molecuul elektronen
• Bij reductie krijgt een molecuul elektronen
Redox reactie met zuurstof
• Reactie van methaan met zuurstof
• De elektronen van O zijn na de reactie dichter bij het O-
atoom dan bij H en C
- O wordt gereduceerd
- C wordt geoxideerd
• O is erg elektronegatief
• Er gaat energie verloren als een elektron naar een atoom
met sterkere elektronegativiteit verplaatst
Redox reacties in cellulaire ademhaling
• Cellulaire ademhaling
- Brandstof (e.g. glucose) wordt geoxideerd
- Zuurstof wordt gereduceerd
• Organische moleculen met veel waterstof;
de bron van hoog energetische elektronen
• Energie komt vrij als elektronen van H
worden overgedragen aan O; de elektronen
hebben dan een lagere energie staat
Stapsgewijze energie vrijkomst via NAD+
• Hoog energetische elektronen van de brandstof gaan niet rechtstreeks naar het zuurstof
molecuul → dit gebeurt in stapjes
+
• Elektronen gaan eerst naar het co-enzym NAD
+
• NADH is de gereduceerde vorm van NAD
→ Dit is een vorm van opgeslagen energie
• NAD+ is een elektroneneacceptor
• Enzymen (dehydrogenases) verwijderen 2e- en 2 H+
van het substraat
- De 2e- en 1 H+ gaan naar het co-enzym (NAD+)
- De andere H+ gaat in de oplossing
• NADH heeft de hoog energetische elektronen en geeft deze
aan het elektronen-transport-keten; → hierbij komt stapje
voor stapje energie vrij; wordt gebruikt op ATP te maken (er
is geen ongecontroleerde vrijkomst van energie)
, Stappen van de cellulaire ademhaling (preview)
Energie wordt “geoogst” uit glucose in 3 fasen:
1. Glycolyse
2. Pyruvaat oxidatie en citroenzuurcyclus
3. Oxidatieve fosforylatie
• Het merendeel van energie komt vrij in ATP
→ Het grootste deel van de ATP productie is afkomstig van de oxidatieve fosforylering
• Een klein deel van ATP wordt vrij gemaakt door substraat level fosforylering
• Uit elk glucose molecuul kunnen er tot 32 moleculen ATP vrijgemaakt worden
10.2 Glycolysis harvests chemical energy by oxidizing glucose to pyruvate
• Glycolysis; afbraak van glucose in 2 moleculen pyruvaat
• 2 fasen
- Energie investment fase
- Energie payoff fase
• Gebeurt met en zonder zuurstof
• Kinase: een verzamelnaam voor een groep enzymen die een fosfaatgroep kan aanbrengen op
een ander eiwit/molecuul
Glycolysis: energy investment phase
1. Hexogynase (een kinase) verplaatst een fosfaatgroep van ATP naar glycose
- Glucose-6-P is meer reactief dan glucose
- Glucose-6-P is door de lading (door fosfaatgroep) erg negatief waardoor het niet makkelijk
door membranen de cel uit zal kunnen → wordt vastgehouden in de cel om af te breken
2. Isomerase verandert de structuur van glucose 6-fosfaat (isomerase: een groep van enzymen
die bij een molecuul de isomere structuurverandering katalyseren)
3. Fosfo-fructokinase verplaatst een fosfaatgroep van App naar fructose-6-fosfaat
- Deze stap wordt door sterk gereguleerd door de energiebehoeften van de cel
4. Aldolase klieft (scheidt) 1x 6-C naar 2x 3-C moleculen
- DHAP (dihydroxyacetone fosfaat) wordt omgezet in G3P (glyceraldehyde 3-phosfaat)
- Er is geen evenwicht aangezien G3P wordt gebruikt voor de volgende reacties
5. Mocht er een ophoping zijn van DHAP zorgt isomerase zorgt ervoor dat dit omgezet wordt in
G3P
Glycolysis: energy payoff phase
6. 2 opeenvolgende reacties:
- G3P oxidatie → elektronen naar NADH
- Energie uit reactie gebruikt voor het koppelen van een organische fosfaatgroep
7. Fosfo-glycerokinase koppelt een fosfaatgroep aan ATP → substraat level fosforylering
8. + 9. Molecuul wordt gerangschikt en er wordt H2O afgestaan
10. Een fosfor groep van fosfoenol-pyruvaat wordt door
fosforpyruvaat kinase aan een ADP gekoppeld→
substraat level fosforylering
Netto opbrengst
• Glucose → 2 pyruvaat + 2 H2O
• 4 ATP gevormd - 2 ATP gebruikt → 2 ATP
• 2 NAD+ + 4e- + 4H+ → 2 NADH + 2H+
10.1 katabole routes leveren energie op door het oxideren van organische brandstoffen
Katabole routes
• Leveren energie door de afbraak van complexe moleculen
• Afbraak van organische moleculen is exergoon
• Fermentatie: gedeeltelijke afbraak van suikers zonder O2
• Aerobe respiratie: volledige afbraak van organische moleculen met gebruik van O2 en ATP-
opbrengst
• Anaerobe respiratie: zoals aerobe respiratie maar er wordt een andere verbinding dan O2
gebruikt
• Cellulaire ademhaling; bij zowel aeroob als anaerobe dissimilatie wordt er gekeken naar het
afbreken van suiker, er zijn vele anderen brandstoffen (koolwaterstoffen, vetten eiwitten) maar
glucose wordt als model-brandstof gebruikt
Redox reacties
• Het verplaatsen van elektronen bij chemische reacties geeft
energie vrij dat opgeslagen zit in organische moleculen
• Uiteindelijk wordt deze energie omgezet in ATP
• Bij oxidatie verliest een molecuul elektronen
• Bij reductie krijgt een molecuul elektronen
Redox reactie met zuurstof
• Reactie van methaan met zuurstof
• De elektronen van O zijn na de reactie dichter bij het O-
atoom dan bij H en C
- O wordt gereduceerd
- C wordt geoxideerd
• O is erg elektronegatief
• Er gaat energie verloren als een elektron naar een atoom
met sterkere elektronegativiteit verplaatst
Redox reacties in cellulaire ademhaling
• Cellulaire ademhaling
- Brandstof (e.g. glucose) wordt geoxideerd
- Zuurstof wordt gereduceerd
• Organische moleculen met veel waterstof;
de bron van hoog energetische elektronen
• Energie komt vrij als elektronen van H
worden overgedragen aan O; de elektronen
hebben dan een lagere energie staat
Stapsgewijze energie vrijkomst via NAD+
• Hoog energetische elektronen van de brandstof gaan niet rechtstreeks naar het zuurstof
molecuul → dit gebeurt in stapjes
+
• Elektronen gaan eerst naar het co-enzym NAD
+
• NADH is de gereduceerde vorm van NAD
→ Dit is een vorm van opgeslagen energie
• NAD+ is een elektroneneacceptor
• Enzymen (dehydrogenases) verwijderen 2e- en 2 H+
van het substraat
- De 2e- en 1 H+ gaan naar het co-enzym (NAD+)
- De andere H+ gaat in de oplossing
• NADH heeft de hoog energetische elektronen en geeft deze
aan het elektronen-transport-keten; → hierbij komt stapje
voor stapje energie vrij; wordt gebruikt op ATP te maken (er
is geen ongecontroleerde vrijkomst van energie)
, Stappen van de cellulaire ademhaling (preview)
Energie wordt “geoogst” uit glucose in 3 fasen:
1. Glycolyse
2. Pyruvaat oxidatie en citroenzuurcyclus
3. Oxidatieve fosforylatie
• Het merendeel van energie komt vrij in ATP
→ Het grootste deel van de ATP productie is afkomstig van de oxidatieve fosforylering
• Een klein deel van ATP wordt vrij gemaakt door substraat level fosforylering
• Uit elk glucose molecuul kunnen er tot 32 moleculen ATP vrijgemaakt worden
10.2 Glycolysis harvests chemical energy by oxidizing glucose to pyruvate
• Glycolysis; afbraak van glucose in 2 moleculen pyruvaat
• 2 fasen
- Energie investment fase
- Energie payoff fase
• Gebeurt met en zonder zuurstof
• Kinase: een verzamelnaam voor een groep enzymen die een fosfaatgroep kan aanbrengen op
een ander eiwit/molecuul
Glycolysis: energy investment phase
1. Hexogynase (een kinase) verplaatst een fosfaatgroep van ATP naar glycose
- Glucose-6-P is meer reactief dan glucose
- Glucose-6-P is door de lading (door fosfaatgroep) erg negatief waardoor het niet makkelijk
door membranen de cel uit zal kunnen → wordt vastgehouden in de cel om af te breken
2. Isomerase verandert de structuur van glucose 6-fosfaat (isomerase: een groep van enzymen
die bij een molecuul de isomere structuurverandering katalyseren)
3. Fosfo-fructokinase verplaatst een fosfaatgroep van App naar fructose-6-fosfaat
- Deze stap wordt door sterk gereguleerd door de energiebehoeften van de cel
4. Aldolase klieft (scheidt) 1x 6-C naar 2x 3-C moleculen
- DHAP (dihydroxyacetone fosfaat) wordt omgezet in G3P (glyceraldehyde 3-phosfaat)
- Er is geen evenwicht aangezien G3P wordt gebruikt voor de volgende reacties
5. Mocht er een ophoping zijn van DHAP zorgt isomerase zorgt ervoor dat dit omgezet wordt in
G3P
Glycolysis: energy payoff phase
6. 2 opeenvolgende reacties:
- G3P oxidatie → elektronen naar NADH
- Energie uit reactie gebruikt voor het koppelen van een organische fosfaatgroep
7. Fosfo-glycerokinase koppelt een fosfaatgroep aan ATP → substraat level fosforylering
8. + 9. Molecuul wordt gerangschikt en er wordt H2O afgestaan
10. Een fosfor groep van fosfoenol-pyruvaat wordt door
fosforpyruvaat kinase aan een ADP gekoppeld→
substraat level fosforylering
Netto opbrengst
• Glucose → 2 pyruvaat + 2 H2O
• 4 ATP gevormd - 2 ATP gebruikt → 2 ATP
• 2 NAD+ + 4e- + 4H+ → 2 NADH + 2H+
