Stofwisseling in de cel

• Biology
• Tertiary Education

Stofwisseling in de Cel

Vandaag

• Wat is stofwisseling 
• Energie transport
• Enzymen

Stofwisseling

Is precies wat het woord zegt:

Je wisselt één stof voor een andere.

Stofwisseling

Stofwisseling gebeurt in de cellen, hier spelen allerlei processen om de cellen in stand te houden.

(Deling, eiwitsynthese etc.)

Voor deze processen is energie nodig.

Stofwisseling

Door stofwisseling ontstaan er nieuw stoffen, sommige van deze stoffen zijn niet meer bruikbaar. Deze worden ook wel afvalstoffen genoemd.

Ook deze afvalstoffen moeten worden afgevoerd ook hiervoor is energie nodig.

Organische en anorganische stoffen

In celstofwisseling spelen twéé soorten stoffen een grote rol. Namelijk "Organische" stoffen en "Anorganische" stoffen.

Organisch

Anorganisch

• Grote moleculen
• Bevatten véél chemische energie
• Bevatten  ketens van koolstof atomen (C)
• In combinatie met waterstof atomen (H)
• Vaak zuurstof atomen (O) 

• Kleine moleculen
• Bevatten weinig chemische energie

Organisch

Anorganisch

• Glucose
  (C6H12O6) 
• Koolhydraten
  (lange glucose strengen)
• Alcoholen
  (C2H5OH) 
• DNA

• Water
  (H2O)
•  Ammoniak
  ( NH3)
• Natriumchloride / tafelzout
  (NaCl) 

Assimilatie en Dissmilatie

Assimileren is het proces van máken van grotere, organische, moleculen uit kleinere moleculen.

Dissimilatie is het bréken van grotere organische moleculen náár kleinere moleculen.

Assimilatie

Dissimilatie

• Kost energie
• Slaat energie op

Bijvoorbeeld:

Koolstofassimilatie 

Oftewel fotosynthese

• Levert energie 
• levert , vaak, afvalstoffen op

Bijvoorbeeld:

Glucosedissimilatie 

Autotrofe en heterotrofe organismen

De stofwisseling in cel verschilt bij autotrofe en heterotrofe organismen.

Autotroof en Heterotroof

Celstofwisseling verschilt bij autotrofe en heterotrofe organismen.

Autotroof

Heterotroof

Autotrofe organisme

Autotrofe organismen zijn uniek, zij zijn de enige die aan koolstof assimilatie kunnen doen (Fotosynthese)

Fotosynthese is het proces van lichtenergie omzetten in chemische energie.

licht energie

6Co2 + 6H2O      =>    C6H12O6 + 6O2 

Fotosynthese

Fotosynthese vind plaats in de bladgroenkorrels van een plant, oftewel de chloroplasten.

Chloroplasten zien er zo uit van binnen. 

Aan de binnenkant zitten een soort platte cel organellen die fotosynthese kunnen faciliteren.

Voortgezette Assimilatie

Voortgezette assimilatie is eigenlijk Assimilatie met een assimilatie product.

Voortgezette assimilatie is bijvoorbeeld het assimileren van DNA, eiwitten, vetten, koolhydraten

Over het algemeen wordt dit gedaan met behulp van glucose.

Heterotrofe organismen

Heterotrofen organismen doen níet aan koolstofassimilatie. Daar hebben ze de chloroplasten niet voor.

Wel doen heterotrofen aan voorgezette assimilatie. De producten voor die voortgezette assimilatie verkrijgen zij uit voedsel producten.

Koolhydraten

Koolhydraten zijn een product van voortgezette assimilatie:

- Monosachariden  enkelvoudige suikers met maximaal 6 C-atomen  Glucose

- Disachariden    twee sachariden ketens maltose, lactose en sacharose

- Polysachariden  meerdere sachariden ketens  zetmeel, glycogeen, cellulose

Sacharides

Suikers worden dus gevormd door koolstofassimilatie door autotrofe organismen.

Suikers bestaan uit C, H en O atomen.

Glucose levert de energie voor het opbouwen van de grotere moleculen.

Eiwitten

Eiwitten bestaan uit Aminozuren.

Er bestaan zo'n 22 aminozuren, waarvan wij er 13 zelf kunnen produceren ook wel de niet-essentiële aminozuren en 9 die wij niet kunnen maken essentiële aminozuren. 

Let wel: wij kunnen níet van de grond op een aminozuur produceren.

Aminozuren

Aminozuren bestaan uit:

• Centraal C-atoom
• Aminogroep (NH2)
• Carboxylgroep (COOH)
• H- atoom
• restgroep (Bijv. stikstof of zwavel)

Aminozuren

Aminozuren worden geproduceerd door planten met glucose en stikstofhoudende ionen.

Dit kost energie en die energie wordt geleverd door ATP.

Aminozuren

Alléén planten kunnen zélf aminozuren maken (met de grondstoffen).

Dieren kunnen alleen bestaande aminozuren om husselen en daarmee nieuwe vormen.

Vetten

Er zijn twee belangrijke groepen vetten:

Triglyceriden

en

Fosfolipiden.

Triglyceriden

Bestaan uit:

• 3 vetzuurmoleculen (CH2 moleculen eindigend op een carboxylgroep COOH)
• Verbonden met een glycerolmolecuul (3 C atomen en OH-groepen)

Fosfolipiden

Bestaan uit:

• 2 vetzuurmoleculen (CH2 moleculen eindigend op een carboxylgroep COOH)
• Verbonden met een glycerolmolecuul (3 C atomen en OH-groepen)
• één Fosfaat groep ( P)

Fosfolipiden

Spelen een belangrijke rol bij het in stand houden van de cel, zij vormen namelijk  het celmembraan.

Het kopje van een fosfolipide is hydrofiel, het trekt naar water toe.

Het staartje van een fosfolipide is hydrofoob, het draait weg van water.

Dat ziet er ongeveer zo uit. 

Het celmembraan bestaat uit twee lagen fosfolipiden. De hydrofiele kopjes draaien náár het water toe (Cytoplasma (binnen) en weefselvloeistof (buiten) ). 

Dit wordt een erg dynamisch proces waarbij die fosfolipiden blijven draaien. 

Hoe warmer het lichaam, hoe sneller ze draaien, hoe kouder hoe langzamer.

Cholesterol een ander vet , speelt een belangrijke rol in het reguleren van de snelheid.

Dissimilatie

assimilatie is het bouwen van grotere moleculen en kóst energie.

Dissimilatie is het "verbranden" van grotere moleculen en hier komt energie bij vrij.

Chemische energie

Organische stoffen bevatten in de bindingen tussen atomen erg veel chemische energie.

Die energie kan worden vrijgelaten door middel van een vebrandingsproces. Dat vebrandingsproces noemen wij ook dissimilatie.

ATP

ATP staat voor Adenosine triphosfaat. (Fosfaat)

Dit is een molecuul waar véél chemische energie in gebonden zit. 

Vooral in de laatste fosfaat binding.

ATP

Dit molecuul wordt gebruikt bij het leveren van energie.

Er wordt dan één fosfaatgroep afgebroken waardoor die binding chemische energie loslaat.

Er blijft dan ADP + P over.

Adenosine diphosphaat en één fosfaat groep.

Dissimilatie

ATP wordt gemaakt bij dissmilatie. 

Er bestaan twee soorten:

Aerobe (mét zuurstof) 

en 
Anaerobe (Zonder zuurstof)

Dissimilatie

Bij aerobe dissimilatie komt er veel meer ATP vrij dan bij anaerobe dissimilatie.

Aerobe dismillatie

Aerobe dissimilatie is een scheikundig proces met ongeveer 3 stappen:

1. Glycolyse
2. (Decarboxylisering)
3. Citroenzuurcyclus 
4. Oxidatieve fosforlysering

Aerobe dismillatie

De citroenzuurcyclus en oxidatieve fosforylering vinden plaats ín het mitochondrium. Het organel dat ook bekend staat als de "energie fabriek" van de cel.

Bij aerobe dissimilatie komt er aan het eind van het proces zo'n 30 tot 38 ATP moleculen vrij, afhankelijk van de effectiviteit.

Doelen van de stappen:

Aan het eind van het proces wordt er dus ATP gemaakt.

Dit wordt gedaan door ATP-synthethase (ATP-maker).

Daarvoor heeft het H+ ionen nodig, die de goede kant opstromen.

Om die H+ ionen de goede kant op te krijgen hebben we e- (elektronen) nodig.

Om die elektronen op de goede plaats te krijgen hebben we elektronen-dragers nodig (NADH)

Die elektronen dragers worden gemaakt in de Glycolyse en citroenzuurcyclus.

Glycolyse

Glycolyse bestaat uit een hoop stappen, die je niet allemaal hoeft te weten.

Wat moet je wél weten? 

Glucose is een stabiel molecuul, waardoor het moeilijk is om het te splitsen.

Daarom wordt het éérst geactiveerd met 2 fosfaatgroepen in twee stappen. Dit kost energie , dit kost dus twee ATP moleculen.

Er blijft dan Fructose 1,6-diphosfaat over oftewel pyrodruivenzuur. 

Dit is een onstabieler molecuul en kan daarom makkelijker afgebroken worden.

Ook worden er twee NADH moleculen gemaakt.

De reactie

afbraak Glucose naar pyrodruivenzuur

 C6H12O6                              2 C3H4O3 + 4H+ + 4e- 

er komen dus 4 H+ ionen vrij én 4 elektronen

De reactie

Stof NAD+ naar NADH + 2H+

NAD+ accepteert de ionen

2NAD+ + 4h+ + 4e-                            2NADH+ + 2H+

NAD+ heeft dus 4 electronen opgenomen én moet die compenseren met de H+ ionen om op neutraal uit te komen.

Er blijven nu 2H+ ionen over.

NADH

NADH is een elektronen drager en heeft tijdens de afbraak van glucose naar pyrodruivenzuur elektronen opgevangen.

Deze geeft hij in de laatste stap weer af om ATP te maken.

De reactie

Er zijn ook twee ADP moleculen overgebleven door het activeren van het glucose molecuul. Hier wordt weer ATP van gemaakt door het te koppelen aan de twee overgebleven fosfaatgroepen.

Investering

- 2 ATP

- Glucose

Uitkomst

+ 2 ATP
+ NADH (+4e-)

+ 2 pyrodruivenzuur

Decarboxylering

De 2e stap heet decarboxylering.

Hier worden van de 2 moleculen pyrodruivenzuur omgezet in het product "Acetyl-CoA". 

Decarboxylering

De 2e stap heet decarboxylering.

Hier worden van de 2 moleculen pyrodruivenzuur omgezet in het product "Acetyl-CoA". 

. Aangezien de volgende stap (de citroenzuurcyclus) plaatsvindt in de mitochondriën, moeten de pyrodruivenzuren van het cytosol naar de mitochondriën worden verplaatst. Deze verplaatsing kost 2 ATP moleculen. 

Bij binnenkomst in de mitochondriën vindt de decarboxylering plaats: er wordt een CO2 groep van beide pyrodruivenzuren afgesplitst. Daarna wordt er aan het eindproduct het co-enzym HS-CoA gekoppeld, 

wat het product acetyl-CoA oplevert. 

Deze reactie levert 1 NADH. Hierna wordt het acetyl-CoA meteen samengevoegd in de beginstap van de citroenzuurcyclus.

Citroenzuurcyclus

ookwel de krebscyclus genoemd, begint met het stofje "citroenzuur" (wordt gevormd uit de acetyl-CoA)

De citroenzuurcyclus ziet er heel erg ingewikkeld uit.

Wat belangrijk is is te onthouden wát er gevormd wordt door al deze stappen:

- 2 ATP
- 6 NADH

- 2 FADH+ (Elektronendrager)

er komen ook H+ vrij in deze stap.

Citroenzuurcyclus

De resultaten van de citroenzuurcyclus zijn belangrijk voor de volgende stap:

Oxidatieve Fosforlysering

Oxidatieve Fosforylering

Deze stap wordt ook wel de "Elektronen transport keten" genoemd en je gaat zo zien waarom!

Deze stap speelt zich af in het binnenste membraan van de mitochondriën.

Membraan

In dat binnenste membraan zitten een vijftal moleculen:

I

II

III

IV

ATP synthetase (atp-maker)

NADH en FADH2

NADH geeft zijn elektronen af aan molecuul I
FADH2 aan molecuul II

Deze elektronen worden rond gepompt naar de verschillende elektronen acceptatoren. 

Door het lading verschil worden er steeds meer H+ binnengelaten in het membraan.

Waarom zuurstof?

De enige reden dat wij zuurstof nodig hebben is voor deze stap in de oxidatieve fosforylering.

Die H+ willen zich binden aan de E-, maar dat kunnen ze alléén met een O molecuul erbij.

Hierbij wordt water gevormd! (H2O)

Die H+ verplaatsen zich door de ATP synthetase en wekken als het ware energie op die het kan gebruiken om ADP om te zetten in ATP. 

Berekening

Voor elke 4 H+ wordt er één molecuul ATP gemaakt. 

De hoeveelheden kan je nakijken door de hoeveelheden Elektronen te berekenen.