VAN MOLECUUL TOT CEL
Inhoud
Hoorcolleges
Mitochondriën en energiehuishouding
Regulatie genexpressie
Biochemische technieken
Celorganellen en eiwitsortering
Celcyclus, chromosomen en DNA replicatie
Cytoskelet, cel-cel verbindingen en extracellulaire matrix
Cel adaptie
Zelfstudieopdrachten
Mitochondriën en energiehuishouding
Zit het in de familie?
Sortering en afbraak van eiwitten
Wie het kleine niet eert: microscopische technieken
Cytoskelet, cel-cel verbindingen en extracellulaire matrix
Biomembranen en membraaneiwitten
Vaardigheidsonderwijs
Botten, banden en gewrichten II
Aanpassing op niveau van genexpressie
HOORCOLLEGES
Mitochondriën en energiehuishouding
Uitwerkingen geneeskunde 1A1 - R. Schuttevaêr 1
,Energiehuishouding is in feite ATP turnover (ATP -> ADP + Pi -> ATP). ATP wordt
gebruikt voor de biosynthese van macromoleculen (eiwit en RNA synthese),
spiercontractie (actomyosine ATPase), actief iontransport (Na/K ATPase) en
thermogenese (komt al vrij, niet vanuit ATP). ATP komt vrij uit katabolisme van
koolhydraten, vetten en eiwitten. ATP (her)aanmaak kan middels aërobe glycolyse,
vetzuuroxidatie (mitochondriale processen) of creatinefosfaat (instant ATP) en
anaërobe glycolyse (lactaat).
Het mitochondrion is resultaat van endosymbiose. Iedere cel heeft er honderden. Het
bestaat uit een dubbele membraan waarvan de buitenmembraan te vergelijken is
met de plasmamembraan en de binnenmembraan op die van de primitieve bacterie.
Het oppervlak van het binnenmembraan wordt vergroot door cristae, die nodig zijn
om lokaal een H+ gradiënt te maken. Hoe meer cristae, hoe meer ATP synthese. Ze
bevatten eigen dubbelstrengs circulair DNA (prokaryoot) en hebben ook een eigen
translatieapparaat. Het bevat nagenoeg geen junk DNA. Dit alles om maar dertien
eiwitten te synthetiseren, de rest van de eiwitten zijn gecodeerd in genen uit de kern.
Ze kunnen aëroob ATP produceren, maar ook glucose, haem en steroïdhormoon.
Er is sprake van maternale overerving aangezien de mitochondriën uit de zaadcel
in de staart achterblijven. Ze vermenigvuldigen door deling en door toevallige
mutaties kan heteroplasmie ontstaan (verschillende soorten mitochondriën door
mutaties).
Aërobe glycolyse vindt voor een kleine deel in de cytosol plaats. Hierbij ontstaat per
glucosemolecuul 2 pyruvaat, 2 ATP en 2 NADH. Pyruvaat gaat de mitochondriën in
waar de rest van de ATP synthese plaatsvindt. Vervolgens wordt acetyl-CoA
gevormd, dit gaat de citroenzuurcyclus in. Hierna worden veel elektronen
overgedragen naar NAD+ of FAD waardoor NADH en FADH2 ontstaan
(elektronencarriers). Via oxidatieve fosforylering dragen zij hun elektronen over
(oxidatie) via de mitochondriale binnenmembraan (cristae) op zuurstof waardoor
water wordt geproduceerd. Hierbij wordt het meeste ATP gevormd (fosforylering).
Vetzuuroxidatie vindt geheel in het mitochondrion plaats. Via bèta-oxidatie wordt
een vetzuur omgezet in acetyl CoA wat vervolgens weer de citroenzuurcyclus in
gaat.
Elektronen van NADH passeert complexen I, III en IV voordat het overgaat op
zuurstof. Wanneer het complex elektronen opneemt verandert het van vorm, om
terug te veranderen en elektronen over te geven (via een mobile carrier CoQ) naar
Uitwerkingen geneeskunde 1A1 - R. Schuttevaêr 2
, het volgende complex en hierbij komt energie vrij waarmee H+ naar buiten wordt
gepompt. Vervolgens gebeurt precies hetzelfde alleen wordt het elektron
overgedragen naar cytochroom C. Bij de oxidatie van NADH naar NAD+ worden in
totaal 10 protonen naar buiten gepompt. Het opgebouwde protonengradiënt wordt
weer gebruikt om ATP te maken. Dit gaat middels ATP synthase (hier kan H+ weer
naar binnen): bij elke drie protonen die door het complex heen gaan wordt ADP
gekoppeld aan fosfaat. ADP en fosfaat ontstaan in de cytosol en moeten dus weer
naar binnen. Hiervoor is een ADP-ATP translocator, al moet fosfaat worden
uitgewisseld voor een hydroxylgroep. Voor dit laatste wordt nog een proton gebruikt.
Per NADH molecuul wordt dus 2.5 ATP gemaakt (10/4).
FADH2 komt binnen op complex II. Hierdoor mist het als het ware vier protonen en is
de ATP opbrengt dus 1 ATP minder (1.5 ATP per FADH2).
Oxidatie en fosforylering zijn zeer afhankelijk van elkaar. Als er geen ADP is
kunnen protonen niet naar binnen (draaiing complex is niet mogelijk). Dan kunnen
geen elektronen meer getransporteerd worden omdat vanwege de hoge protonen
gradiënt de complexen niet makkelijk meer H+ kunnen vrijgeven (complexen kunnen
niet meer terug veranderen).
Bij aërobe glycolyse in de cytosol wordt ook 2 NADH gevormd. NADH moet in de
mitochondriën gereoxideerd alleen kan het niet zomaar de membraan passeren (en
als dit niet gebeurd stopt aërobe glycolyse aangezien er dan geen NAD+ meer vrij
is). De elektronen worden in dit geval via de malaat-aspartaat shuttle of de
glycerol-3-fosfaat shuttle overgebracht.
Indien er heel intensief arbeid wordt verricht verbruikt men zoveel ATP dat de
mitochondriën het niet bij kunnen benen (dus niet door zuurstoftekort). Als men snel
ATP verbruikt moet men het ook snel weer resynthetiseren. De glycolyse in het
cytosol wordt versneld dus NADH vormt de bottleneck want het kan niet snel
genoeg worden gereoxideerd. Als pyruvaat in lactaat wordt omgezet ontstaat weer
NAD+. Nu kan er weer glucose worden omgezet in pyruvaat (vorming van ATP).
Nadeel van lactaatophoping is verzuring doordat actine-myosine (enzymen werken
niet bij lage pH) niet meer los van elkaar komen, wat kramp veroorzaakt. Naast het
nadeel dat er veel minder ATP-opbrengst is.
De turbo is het aanzetten van de anaërobe glycolyse. Dit komt door AMP. De cel
heeft een voorraad creatinefosfaat + ADP <-> creatine + ATP. Overmaat ADP
activeert de myokinase-reactie waarbij AMP ontstaat. AMP stimuleert PFK
(fosfofructokinase), dit is een allosterische activator van de anaërobe glycolyse.
Een mitochondrion is te vergelijken met een oplaadbare batterij die in rust
maximaal opgeladen is (pH gradiënt maximaal; veel NADH; voldoende O2). De
hoeveelheid beschikbaar ADP in de mitochondriale matrix is de snelheidsbepalende
factor van mitochondriale ademhaling.
De volgorde van ATP synthese is constant:
- creatinefosfaat
- glycolyse (afhankelijk van duur en intensiteit van de inspanning anaeroob of
aeroob)
- vetzuuroxidatie (bij lange duur/lichte inspanning meer) parallel met aerobe
glycolyse
Uitwerkingen geneeskunde 1A1 - R. Schuttevaêr 3
Inhoud
Hoorcolleges
Mitochondriën en energiehuishouding
Regulatie genexpressie
Biochemische technieken
Celorganellen en eiwitsortering
Celcyclus, chromosomen en DNA replicatie
Cytoskelet, cel-cel verbindingen en extracellulaire matrix
Cel adaptie
Zelfstudieopdrachten
Mitochondriën en energiehuishouding
Zit het in de familie?
Sortering en afbraak van eiwitten
Wie het kleine niet eert: microscopische technieken
Cytoskelet, cel-cel verbindingen en extracellulaire matrix
Biomembranen en membraaneiwitten
Vaardigheidsonderwijs
Botten, banden en gewrichten II
Aanpassing op niveau van genexpressie
HOORCOLLEGES
Mitochondriën en energiehuishouding
Uitwerkingen geneeskunde 1A1 - R. Schuttevaêr 1
,Energiehuishouding is in feite ATP turnover (ATP -> ADP + Pi -> ATP). ATP wordt
gebruikt voor de biosynthese van macromoleculen (eiwit en RNA synthese),
spiercontractie (actomyosine ATPase), actief iontransport (Na/K ATPase) en
thermogenese (komt al vrij, niet vanuit ATP). ATP komt vrij uit katabolisme van
koolhydraten, vetten en eiwitten. ATP (her)aanmaak kan middels aërobe glycolyse,
vetzuuroxidatie (mitochondriale processen) of creatinefosfaat (instant ATP) en
anaërobe glycolyse (lactaat).
Het mitochondrion is resultaat van endosymbiose. Iedere cel heeft er honderden. Het
bestaat uit een dubbele membraan waarvan de buitenmembraan te vergelijken is
met de plasmamembraan en de binnenmembraan op die van de primitieve bacterie.
Het oppervlak van het binnenmembraan wordt vergroot door cristae, die nodig zijn
om lokaal een H+ gradiënt te maken. Hoe meer cristae, hoe meer ATP synthese. Ze
bevatten eigen dubbelstrengs circulair DNA (prokaryoot) en hebben ook een eigen
translatieapparaat. Het bevat nagenoeg geen junk DNA. Dit alles om maar dertien
eiwitten te synthetiseren, de rest van de eiwitten zijn gecodeerd in genen uit de kern.
Ze kunnen aëroob ATP produceren, maar ook glucose, haem en steroïdhormoon.
Er is sprake van maternale overerving aangezien de mitochondriën uit de zaadcel
in de staart achterblijven. Ze vermenigvuldigen door deling en door toevallige
mutaties kan heteroplasmie ontstaan (verschillende soorten mitochondriën door
mutaties).
Aërobe glycolyse vindt voor een kleine deel in de cytosol plaats. Hierbij ontstaat per
glucosemolecuul 2 pyruvaat, 2 ATP en 2 NADH. Pyruvaat gaat de mitochondriën in
waar de rest van de ATP synthese plaatsvindt. Vervolgens wordt acetyl-CoA
gevormd, dit gaat de citroenzuurcyclus in. Hierna worden veel elektronen
overgedragen naar NAD+ of FAD waardoor NADH en FADH2 ontstaan
(elektronencarriers). Via oxidatieve fosforylering dragen zij hun elektronen over
(oxidatie) via de mitochondriale binnenmembraan (cristae) op zuurstof waardoor
water wordt geproduceerd. Hierbij wordt het meeste ATP gevormd (fosforylering).
Vetzuuroxidatie vindt geheel in het mitochondrion plaats. Via bèta-oxidatie wordt
een vetzuur omgezet in acetyl CoA wat vervolgens weer de citroenzuurcyclus in
gaat.
Elektronen van NADH passeert complexen I, III en IV voordat het overgaat op
zuurstof. Wanneer het complex elektronen opneemt verandert het van vorm, om
terug te veranderen en elektronen over te geven (via een mobile carrier CoQ) naar
Uitwerkingen geneeskunde 1A1 - R. Schuttevaêr 2
, het volgende complex en hierbij komt energie vrij waarmee H+ naar buiten wordt
gepompt. Vervolgens gebeurt precies hetzelfde alleen wordt het elektron
overgedragen naar cytochroom C. Bij de oxidatie van NADH naar NAD+ worden in
totaal 10 protonen naar buiten gepompt. Het opgebouwde protonengradiënt wordt
weer gebruikt om ATP te maken. Dit gaat middels ATP synthase (hier kan H+ weer
naar binnen): bij elke drie protonen die door het complex heen gaan wordt ADP
gekoppeld aan fosfaat. ADP en fosfaat ontstaan in de cytosol en moeten dus weer
naar binnen. Hiervoor is een ADP-ATP translocator, al moet fosfaat worden
uitgewisseld voor een hydroxylgroep. Voor dit laatste wordt nog een proton gebruikt.
Per NADH molecuul wordt dus 2.5 ATP gemaakt (10/4).
FADH2 komt binnen op complex II. Hierdoor mist het als het ware vier protonen en is
de ATP opbrengt dus 1 ATP minder (1.5 ATP per FADH2).
Oxidatie en fosforylering zijn zeer afhankelijk van elkaar. Als er geen ADP is
kunnen protonen niet naar binnen (draaiing complex is niet mogelijk). Dan kunnen
geen elektronen meer getransporteerd worden omdat vanwege de hoge protonen
gradiënt de complexen niet makkelijk meer H+ kunnen vrijgeven (complexen kunnen
niet meer terug veranderen).
Bij aërobe glycolyse in de cytosol wordt ook 2 NADH gevormd. NADH moet in de
mitochondriën gereoxideerd alleen kan het niet zomaar de membraan passeren (en
als dit niet gebeurd stopt aërobe glycolyse aangezien er dan geen NAD+ meer vrij
is). De elektronen worden in dit geval via de malaat-aspartaat shuttle of de
glycerol-3-fosfaat shuttle overgebracht.
Indien er heel intensief arbeid wordt verricht verbruikt men zoveel ATP dat de
mitochondriën het niet bij kunnen benen (dus niet door zuurstoftekort). Als men snel
ATP verbruikt moet men het ook snel weer resynthetiseren. De glycolyse in het
cytosol wordt versneld dus NADH vormt de bottleneck want het kan niet snel
genoeg worden gereoxideerd. Als pyruvaat in lactaat wordt omgezet ontstaat weer
NAD+. Nu kan er weer glucose worden omgezet in pyruvaat (vorming van ATP).
Nadeel van lactaatophoping is verzuring doordat actine-myosine (enzymen werken
niet bij lage pH) niet meer los van elkaar komen, wat kramp veroorzaakt. Naast het
nadeel dat er veel minder ATP-opbrengst is.
De turbo is het aanzetten van de anaërobe glycolyse. Dit komt door AMP. De cel
heeft een voorraad creatinefosfaat + ADP <-> creatine + ATP. Overmaat ADP
activeert de myokinase-reactie waarbij AMP ontstaat. AMP stimuleert PFK
(fosfofructokinase), dit is een allosterische activator van de anaërobe glycolyse.
Een mitochondrion is te vergelijken met een oplaadbare batterij die in rust
maximaal opgeladen is (pH gradiënt maximaal; veel NADH; voldoende O2). De
hoeveelheid beschikbaar ADP in de mitochondriale matrix is de snelheidsbepalende
factor van mitochondriale ademhaling.
De volgorde van ATP synthese is constant:
- creatinefosfaat
- glycolyse (afhankelijk van duur en intensiteit van de inspanning anaeroob of
aeroob)
- vetzuuroxidatie (bij lange duur/lichte inspanning meer) parallel met aerobe
glycolyse
Uitwerkingen geneeskunde 1A1 - R. Schuttevaêr 3
