19.4 Energieproductie met zuurstof

• Biologie
• Middelbare school
• vwo
• Leerjaar 6

Paragraaf 1 Dierenwelzijn

Paragraaf 19.4 Energieproductie met zuurstof

Doel 19.4

Je leert hoe je lichaam energie vrijmaakt met behulp van zuurstof

- eerst bespreken 19.3 opdr. 6 t/m 8

Stappen vrijmaken energie

1. ATP

2. CP

3. anaerobe

dissimilatie

4. aerobe 

dissimilatie 

Aerobe dissimilatie

Begint bij pyrodruivenzuur (product van de glycolyse). Dan 3 stappen:

1. decarboxylering

2. citroenzuurcyclus

3. oxidatieve fosforylering (plus elektronentransportketen)

Aerobe dissimilatie

Vindt plaats in de mitochondria. Hier bevinden zich de noodzakelijke enzymen.

buitenmembraan

binnenmembraan

lumen

matrix

<- glycolyse

<- 1. decarborylering

<- 2. citroenzuurcyclus

<- 3. oxidatieve fosforylering

Decarboxylering

- pyrodruivenzuur komt via transporteiwitten in de matrix. 

- Enzymen knippen van elke pyrodruivenzuur een CO2-molecuul af = decarboxylering

Output: 2x acetaat (C2) en 2x NADH,H+ 

De acetaat moleculen binden aan de hulpstof co-enzym A tot acetyl-CoA. 

Wat is de opbrengst uit de glycolyse (NADH,H+ en ATP)?

Wat is de opbrengst uit de decarboxylering (NADH,H+ en ATP)?

<- glycolyse

<- 1. decarborylering

<- 2. citroenzuurcyclus

<- 3. oxidatieve fosforylering

- acetyl-CoA (C2) draagt zijn acetylgroep over aan oxaalazijnzuur (C4) en vormt zo citroenzuur (C6). 

- Enzymen in de matrix breken het citroenzuur (C6) vervolgens in een aantal stappen weer af tot oxaalazijnzuur (C4). 

De stappen uit de decarboxylering en citroenzuurcyclus zijn samen te vatten als: 

2 pyrodruivenzuur + 6 H2O + 8 NAD+ + 2 FAD + 2 ADP + 2Pi → 

6 CO2 + 8 NADH,H+ + 2 FADH2 + 2 ATP

Citroenzuurcyclus

BINAS 68C

Ouput Citroenzuurcyclus

De decarboxylering en citroenzuurcyclus leveren het volgende op: 

- 2 ATP

- opgeladen elektronendragers (8 NADH,H+ en 2 FADH2) 

FAD is een alternatief voor NAD+ met dezelfde functie: het binden van twee H-atomen (2 H+ en 2 electronen).

FAD + 2H+ + 2e- -> FADH2

De elektronendragers zijn nodig voor de laatste stap: 

oxidatieve fosforylering (elektronentransportketen)

Wat is de opbrengst uit de citroenzuurcyclus (NADH,H+ en ATP)?

Wat is dan de totale opbrengst elektronendragers uit glycolyse, decarboxylering en citroenzuurcyclus?

<- glycolyse

<- 1. decarborylering

<- 2. citroenzuurcyclus

<- 3. oxidatieve fosforylering

oxidatieve fosforylering

10 NADH,H⁺ (2 glycolyse, 2 decarboxylering en 6 citroenzuurcyclus) en 2 FADH₂ (citroenzuurcyclus) worden in de elektronentransportketen weer omgezet in NAD⁺ en FAD. 

De vrijgekomen elektronen en protonen worden gebonden aan O₂, hierbij ontstaat water (H₂O).

1

2

3

BINAS 68D

- Elke keer dat twee elektronen de eiwitcomplexen I, III en IV passeren worden er in totaal 10 H+ ionen worden vanuit de matrix naar het lumen gepompt. 

- NADH,H+ geeft twee elektronen af via eiwitcomplex I, deze worden via ubichinon Q naar eiwitcomplex III en vervolgens via cytochroom c naar eiwitcomplex IV over gedragen. 

- Elke keer dat twee elektronen de eiwitcomplexen III en IV passeren worden er in totaal 6 H+ ionen worden vanuit de matrix naar het lumen gepompt. 

- FADH2 geeft twee elektronen af via eiwitcomplex II, deze worden via ubichinon Q naar eiwitcomplex III en vervolgens via cytochroom c naar eiwitcomplex IV over gedragen. 

- Bij eiwitcomplex IV bindt zuurstof O2 met 4 elektronen en 4 H+-ionen tot H2O. 

Zuurstof is daarmee de laatste elektronen-acceptor in de ademhalingsketen, zonder zuurstof kan de oxidatieve fosforylering niet plaatsvinden

oxidatieve fosforylering

De elektronen van een NADH,H+ pompen 10 H+ naar het lumen.

De elektronen van een FADH2 pompen 6 H+ naar het lumen.

ATP-synthethase

Via een ander transporteiwit (ATP-synthetase) stromen de H+-ionen weer naar de matrix = Diffusie

De bewegingsenergie van de protonenstroom door dit motoreiwit wordt gebruikt om ADP en P aan elkaar te koppelen en zo ATP te vormen.

oxidatieve fosforylering

Elke 3H+ levert 1 ATP als deze weer terug naar de matrix gaat.

Welke rol spelen elektronen bij de vorming van ATP?

Hoeveel ATP uit 1 molecuul glucose?

Hoeveel NADH,H+, FADH2 en ATP worden gevormd?

Glycolyse:                     

Decarboxylering:       

Citroenzuurcyclus:   

Ox. fosforylering:      

Bestudeer eerst BINAS 68A

Hoeveel ATP levert de overdracht van elektronen aan de elektronentransportketen door 1 NADH,H+?

Hoeveel ATP levert de overdracht van elektronen aan de elektronentransportketen door 1 FADH2?

Hoeveel ATP levert de oxidatieve fosforylering in totaal?

Hoeveel ATP levert de dissimilatie van glucose in totaal?

Vervoerskosten

Het vervoer van het NADH,H+ (gevormd tijdens de glycolyse) van het cytoplasma naar de matrix van een mitochondrium kost 1 ATP.

Hoeveel ATP in 1 molecuul glucose?

Glycolyse:                     2NADH,H+                                            2ATP

Decarboxylering       2NADH,H+

Citroenzuurcyclus   6NADH,H+              2FAD2                 2ATP

Ox. fosforylering       10*3=30 ATP         2*2=4ATP

TOTAAL                           30                             4                            4 => 38ATP

- vervoerskosten (2ATP) = 36 ATP

Leg uit waardoor de citroenzuurcyclus stopt als er geen O2 aanwezig is.

Bij dissimilatie van een aantal glucose moleculen zijn 100 NADH,H+ ontstaan, hoeveel FADH2 zijn er dan?

1. 80
2. 60
3. 40
4. 20

Doel 19.4

Je hebt geleerd hoe je lichaam energie vrijmaakt met behulp van zuurstof

BINAS 68A Overzicht dissimilatie van glucose

BINAS 68C Citroenzuurcyclus

BINAS 68D Oxidatieve fosforylering, ademhalingsketen

volgend les:

BINAS 68E Dissimilatie van eiwitten, koolhydraten en vetten

BINAS 90A Energiebronnen van een spier bij lichte training

Begrippen 19.4

mitochondriën, aeroob, dubbele membraan, matrix, decarboxylering, acetyl-CoA, citroenzuur, citroenzuurcyclus, oxidatieve fosforylering, elektronentransportketen, ATP-synthetase

Maken

19.4 opdr. 1 = samenvatting