19.4 Energieproductie met zuurstof

• Biologie
• Middelbare school
• vwo
• Leerjaar 6

19.4

Energieproductie met O2

Doel 19.4

Je leert hoe je lichaam energie vrijmaakt met behulp van zuurstof en je leert BINAS hierbij te gebruiken.

BINAS 68A Overzicht dissimilatie van glucose

BINAS 68C Citroenzuurcyclus

BINAS 68D Oxidatieve fosforylering, ademhalingsketen

BINAS 68E Dissimilatie van eiwitten, koolhydraten en vetten

BINAS 90A Energiebronnen van een spier bij lichte training

Stappen vrijmaken energie

1. ATP

2. CP

3. anaerobe

dissimilatie

4. aerobe 

dissimilatie 

Aerobe dissimilatie

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

buitenmembraan

binnenmembraan

lumen

matrix

Een reageerbuis wordt gevuld met gistcellen in een glucoseoplossing. In deze buis ontstaan gemiddeld 4 moleculen CO2 per molecuul gedissimileerd glucose.
a) Kan in deze buis ethanol worden aangetroffen?
b) Kan in deze buis aerobe ademhaling zijn opgetreden?

1. a) ja b) ja
2. a) ja b) nee
3. a)nee b) ja
4. a) nee b) nee

Aerobe dissimilatie

1. Glycolyse

2. Decarboxylering

3. Citroenzuurcyclus

4. Oxidatieve fosforylering 

(plus elektronentransportketen)

Stap 1-2-3

Stap 4

<- glycolyse

<- 1. decarborylering

<- 2. citroenzuurcyclus

<- 3. oxidatieve fosforylering

is omzetting van pyrodruivenzuur in acetyl-co-enzym A

Elk NAD+ molecuul neemt 2e- op.

Dus 2NADH,H+ bevat totaal 4e-

<- glycolyse

<- 1. decarborylering

<- 2. citroenzuurcyclus

<- 3. oxidatieve fosforylering

volledige afbraak van 2 moleculen acetyl-co-enzym A

tot 4 moleculen CO2 en in totaal worden er 8e- uitgehaald en opgeslagen in 6NADH,H+ en 2FADH2

FAD

FAD is een alternatief voor NAD⁺ met dezelfde functie: het binden van twee H-atomen

(2 H⁺ en 2 electronen).

FAD + 2H⁺ + 2e^- -> FADH₂

<- glycolyse

<- 1. decarborylering

<- 2. citroenzuurcyclus

    3. oxidatieve fosforylering

NADH,H+ en FADH2 gaan vervolgens de oxidatieve fosforylering in voor de vorming van ATP en de terugvorming van NAD+ en FAD

Welke van volgende verbindingen is
geen product van de citroenzuurcyclus?

1. ATP
2. NADH,H+
3. acetyl-CoA
4. FADH2

Mitochondriën bevatten enzymen voor de omzetting van:

1. glucose in pyruvaat
2. eiwitten in aminozuren
3. een koolstofverbinding in ethanol of lactaat
4. een koolstofverbinding in koolstofdioxide en waterstof

1

2

3

1. oxidatieve fosforylering

NADH,H⁺ en FADH₂ (ontstaan bij de citroenzuurcyclus) worden in de elektronentransportketen weer omgezet in NAD⁺ en FAD, de elektronen en protonen worden gebonden aan O₂, hierbij ontstaat water (H₂O).

O2 is dus de slotacceptor

(Dit is het aerobe gedeelte van de aerobe dissimilatie !!)

2. oxidatieve fosforylering

Tijdens de overdracht van de elektronen van NADH,H⁺ en FADH₂ op zuurstof wordt energie overgedragen aan diverse transporteiwitten in het binnenmembraan van het mitochondrium. Met deze energie worden H⁺ ionen in het lumen gepompt.

oxidatieve fosforylering

De elektronen van een NADH,H+ pompen 3 H+ naar het lumen.

De elektronen van een FADH2 pompen 2 H+ naar het lumen.

3. oxidatieve fosforylering

Via het enzym ATP-synthetase diffunderen de H⁺-ionen weer terug naar de matrix. 

Het enzym gebruikt de bewegingsenergie van de H+-ionen om ADP + Pi om te zetten naar ATP.

oxidatieve fosforylering

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

Dus: elk NADH,H+ levert 3 ATP en elk FADH2 levert 2 ATP.

Bij de aerobe dissimilatie van een molecule glucose worden drie reactieketens onderscheiden:
1. de omzetting van glucose in pyruvaat
2. de decarboxylering van pyruvaat
3. de trapsgewijze overdracht van elektronen aan een acceptor
Bij welke van deze ketens ontstaat het meeste ATP en bij welke het minste?

1. bij 2 meeste ATP bij 1 minste ATP
2. bij 2 meeste ATP bij 3 minste ATP
3. bij 3 meeste ATP bij 1 minste ATP
4. bij 3 meeste ATP bij 2 minste ATP

Vul in:

tijdens het transport van elektronen in de endomembraan van de mitochondriën, wordt energie van ……1…… gebruikt om protonen te pompen in ……2…… .

1. 1= NADH,H+ en FADH2 2= intermembraanruimte
2. 1= NADH,H+ en FADH2 2= mitochondriale matrix
3. 1= NADH,H+ 2= intermembraanruimte
4. 1= NADH,H+ 2= mitochondriale matrix

Wat ontstaat er uit 1 molecuul glucose?

Onderdeel Aerobe dissimilatie	NADH,H +	FADH 2	ATP
Glycolyse
Decarboxylering
Citroenzuurcyclus
Oxidatieve fosforylering

Gebruik BINAS 68A

Vervoerskosten

Het vervoer van het NADH,H+ 

(gevormd tijdens de glycolyse) 

van het cytoplasma naar de 

matrix van een mitochondrium 

kost 1 ATP.

Dus de vervoerskosten zijn 2ATP

Wat ontstaat er uit 1 molecuul glucose?

Onderdeel Aerobe dissimilatie	NADH,H +	FADH 2	ATP
Glycolyse	2		2
Decarboxylering	2
Citroenzuurcyclus	6	2	2
Oxidatieve fosforylering			34

Gebruik BINAS 68A

Wat ontstaat er uit 1 molecuul glucose?

Onderdeel Aerobe dissimilatie	NADH,H +	FADH 2	ATP
Glycolyse	2		2
Decarboxylering	2
Citroenzuurcyclus	6	2	2
Oxidatieve fosforylering	(10x3 ATP=30)	(2x2ATP=4)	34

Totaal: 38ATP - vervoerskosten = 36ATP

NADH,H⁺ en FADH₂

Beide energiedragers bevatten 2H⁺ en 2e^-

Maar NADH,H⁺ levert 3xATP en FADH₂ maar 2xATP.

Hoe kan dit?

• de dragers doneren hun elektronen op verschillende punten aan de elektronentransportketen.
• NADH,H⁺ geeft elektronen aan enzymcomplex I (NADH-Q-reductase) en FADH₂ aan enzymcomplex II (succinaat dehydrogenase).
• Hierdoor zijn het aantal protonen wat naar het lumen gepompt wordt verschillend tussen NADH,H⁺ en FADH₂. En het aantal protonen bepaald het aantal ATP moleculen.

FADH₂ is minder sterke reductor (electron donor) as NADH,H⁺. Als FADH₂ de e^- had gegeven aan Complex I zou dat energetisch ongunstig zijn. Dus moet het de e^- geven aan een sterkere oxidant; Complex II

Hoe gaat het gevormde ATP weer uit het mitochondrium?

Via de Adenine Nucleotide Translocator (ANT)

= ADP/ATP translocase

= ADP/ATP carrier protein (AAC)

Energie uit andere bronnen

1 vetmolecuul levert >100 ATP moleculen.

Vet dissimileert langzaam en kost veel O2

Cellen hebben voorkeur voor de afbraak van glucose.

Eiwitten dissimileren sneller dan vetten maar nog altijd langzamer dan koolhydraten.

Vetten en eiwitten kunnen alleen aeroob dissimileren.

HUISWERK

Bestudeer 19.4 en 

maak opdracht 3 t/m 9