hoofdstuk 06 - audesirk
TRANSCRIPT
![Page 1: Hoofdstuk 06 - Audesirk](https://reader034.vdocuments.net/reader034/viewer/2022052206/5596f3181a28ab5d4b8b4593/html5/thumbnails/1.jpg)
Energy Flow in the Life of a Cell
Hoofdstuk 06
2010/2011
![Page 2: Hoofdstuk 06 - Audesirk](https://reader034.vdocuments.net/reader034/viewer/2022052206/5596f3181a28ab5d4b8b4593/html5/thumbnails/2.jpg)
ENERGIEDeel 1
2
![Page 3: Hoofdstuk 06 - Audesirk](https://reader034.vdocuments.net/reader034/viewer/2022052206/5596f3181a28ab5d4b8b4593/html5/thumbnails/3.jpg)
Energiestromen
energie
energie
energie
3
![Page 4: Hoofdstuk 06 - Audesirk](https://reader034.vdocuments.net/reader034/viewer/2022052206/5596f3181a28ab5d4b8b4593/html5/thumbnails/4.jpg)
Energiestromen
• Leven is gebaseerd op chemische reacties
– Het transformeren van energie van de ene vorm in de andere vorm
Organische stoffenATP & organische stoffen
organische stoffen ATP & organische stoffen
zon
zonne-energieATP & organische stoffen 4
![Page 5: Hoofdstuk 06 - Audesirk](https://reader034.vdocuments.net/reader034/viewer/2022052206/5596f3181a28ab5d4b8b4593/html5/thumbnails/5.jpg)
Metabolisme
• Chemische reacties van het leven
– Vormen van bindingen tussen moleculen• condensatiereactie
• synthese
• anabole reacties
– Breken van bindingen tussen moleculen• hydrolyse
• vertering
• katabole reacties
5
![Page 6: Hoofdstuk 06 - Audesirk](https://reader034.vdocuments.net/reader034/viewer/2022052206/5596f3181a28ab5d4b8b4593/html5/thumbnails/6.jpg)
Voorbeelden
• condensatie (synthese)
• hydrolyse (vertering)
enzym
enzym
6
![Page 7: Hoofdstuk 06 - Audesirk](https://reader034.vdocuments.net/reader034/viewer/2022052206/5596f3181a28ab5d4b8b4593/html5/thumbnails/7.jpg)
Chemische reacties & energie
• Sommige chemische reacties geven energie
– exergoon
– verteren van polymeren
– hydrolyse = katabolisme
• Sommige chemische reacties kosten energie
– endergoon
– bouwen van polymeren
– condensatie = anabolisme
7
![Page 8: Hoofdstuk 06 - Audesirk](https://reader034.vdocuments.net/reader034/viewer/2022052206/5596f3181a28ab5d4b8b4593/html5/thumbnails/8.jpg)
Endergoon vs. exergoon
exergoon endergoon- energie komt vrij- vertering
- kost energie- synthese
8
![Page 9: Hoofdstuk 06 - Audesirk](https://reader034.vdocuments.net/reader034/viewer/2022052206/5596f3181a28ab5d4b8b4593/html5/thumbnails/9.jpg)
Energie & leven
• Organismen hebben energie nodig om te leven– waar komt deze energie vandaan?
• koppelen van exergone reacties (energie komt vrij) met
endergone reacties (energie nodig)
+ + energie
+ energie+
vertering
synthese
9
ATP
![Page 10: Hoofdstuk 06 - Audesirk](https://reader034.vdocuments.net/reader034/viewer/2022052206/5596f3181a28ab5d4b8b4593/html5/thumbnails/10.jpg)
ATPDeel 2
10
![Page 11: Hoofdstuk 06 - Audesirk](https://reader034.vdocuments.net/reader034/viewer/2022052206/5596f3181a28ab5d4b8b4593/html5/thumbnails/11.jpg)
ATP
• Adenosine TriFosfaat– aangepaste nucleotide
• nucleotide =adenine + ribose + Pi AMP
• AMP + Pi ADP
• ADP + Pi ATP
– toevoegen van fosfaten is endergoon
11
![Page 12: Hoofdstuk 06 - Audesirk](https://reader034.vdocuments.net/reader034/viewer/2022052206/5596f3181a28ab5d4b8b4593/html5/thumbnails/12.jpg)
Hoe slaat ATP energie op?
• Elke volgende negatieve PO4 is moeilijker toe te voegen– veel energie opgeslagen in elke binding
• de meeste energie zit in de 3e Pi
• Binding van negatieve Pi groepen zijn onstabiel– Pi groepen laten makkelijk los & laten energie vrij
12
P
O–
O–
O
–O P
O–
O–
O
–O P
O–
O–
O
–OP
O–
O–
O
–O P
O–
O–
O
–OP
O–
O–
O
–O P
O–
O–
O
–O P
O–
O–
O
–O
ADPATPAMP
![Page 13: Hoofdstuk 06 - Audesirk](https://reader034.vdocuments.net/reader034/viewer/2022052206/5596f3181a28ab5d4b8b4593/html5/thumbnails/13.jpg)
How draagt ATP energie over?
• ATP ADP– energie komt vrij
• ∆G = -7.3 kcal/mol
• Brandstof voor andere reacties
13
P
O–
O–
O
–O P
O–
O–
O
–O P
O–
O–
O
–O 7.3kcal/mol
+P
O–
O–
O
–O
ADPATP
![Page 14: Hoofdstuk 06 - Audesirk](https://reader034.vdocuments.net/reader034/viewer/2022052206/5596f3181a28ab5d4b8b4593/html5/thumbnails/14.jpg)
ATP / ADP cyclus
• ATP kan niet opgeslagen worden
– goede energie donor, maar niet geschikt voor opslag• te reactief
• alleen korte termijn opslag
• koolhydraten en vetten voor lange termijn opslag
14
![Page 15: Hoofdstuk 06 - Audesirk](https://reader034.vdocuments.net/reader034/viewer/2022052206/5596f3181a28ab5d4b8b4593/html5/thumbnails/15.jpg)
ENZYMENDeel 3
15
![Page 16: Hoofdstuk 06 - Audesirk](https://reader034.vdocuments.net/reader034/viewer/2022052206/5596f3181a28ab5d4b8b4593/html5/thumbnails/16.jpg)
Wat stuurt reacties?
• Als reacties “downhill” verlopen, waaromgebeuren ze dan niet spontaan?
– covalente bindingen zijn stabiele bindingen
zetmeel
16
![Page 17: Hoofdstuk 06 - Audesirk](https://reader034.vdocuments.net/reader034/viewer/2022052206/5596f3181a28ab5d4b8b4593/html5/thumbnails/17.jpg)
Activeringsenergie
• Het afbreken van grote moleculen vereist het toevoegen van energie
– activeringsenergie
– grote moleculen zijn stabiel
– moeten energie absorberen om bindingen te verbreken
energiecellulose CO2 + H2O + warmte
17
![Page 18: Hoofdstuk 06 - Audesirk](https://reader034.vdocuments.net/reader034/viewer/2022052206/5596f3181a28ab5d4b8b4593/html5/thumbnails/18.jpg)
Teveel activeringsenergie
• Activeringsenergie– hoeveelheid energie die nodig is om een atoombinding
te destabiliseren
– duwt de reactie over de “energieheuvel”
glucose
18
![Page 19: Hoofdstuk 06 - Audesirk](https://reader034.vdocuments.net/reader034/viewer/2022052206/5596f3181a28ab5d4b8b4593/html5/thumbnails/19.jpg)
Verminderen van activeringsenergie
• Katalysator
– vermindert de activeringsenergie
reactant
product
zonder katalysator
met katalysator
NIEUWE activeringsenergie
19
![Page 20: Hoofdstuk 06 - Audesirk](https://reader034.vdocuments.net/reader034/viewer/2022052206/5596f3181a28ab5d4b8b4593/html5/thumbnails/20.jpg)
Katalysatoren
• Wat moet een cel doen om de activeringsenergiete verlagen?
– enzymen
G
20
![Page 21: Hoofdstuk 06 - Audesirk](https://reader034.vdocuments.net/reader034/viewer/2022052206/5596f3181a28ab5d4b8b4593/html5/thumbnails/21.jpg)
Enzymen
• Biologische katalysator – eiwitten
– maken chemische reacties mogelijk• verhogen reactiesnelheid zonder verbruikt te worden
• verlagen activeringsenergie
– noodzakelijk voor de meester biologische reacties
– zeer specifiek• duizenden verschillende enzymen in de cel
21
![Page 22: Hoofdstuk 06 - Audesirk](https://reader034.vdocuments.net/reader034/viewer/2022052206/5596f3181a28ab5d4b8b4593/html5/thumbnails/22.jpg)
Terminologie
substraat• reactant die aan het enzym bindt
• enzym-substraat complex: tijdelijke verbinding
product• resultaat van de reactie
actieve zijde• hier bindt het substraat aan het enzym
substraat
enzym
productactieve zijde
22
![Page 23: Hoofdstuk 06 - Audesirk](https://reader034.vdocuments.net/reader034/viewer/2022052206/5596f3181a28ab5d4b8b4593/html5/thumbnails/23.jpg)
Eigenschappen van enzymen
• Specifiek– elk enzym heeft een specifiek substraat
• Niet verbruikt in de reactie– een enzymmolecuul kan duizenden reacties per seconde
katalyseren
• Onder invloed van omstandigheden in de cel– factoren die de structuur van een eiwit beïnvloeden
• temperatuur, pH, saliniteit
23
![Page 24: Hoofdstuk 06 - Audesirk](https://reader034.vdocuments.net/reader034/viewer/2022052206/5596f3181a28ab5d4b8b4593/html5/thumbnails/24.jpg)
Naamgeving
• Enzymen vernoemd naar de reactie die ze katalyseren
– sucrase breekt sucrose af
– proteasen breken eiwitten af
– lipasen breken vetten af
– DNA polymerase bouwt DNA
24
![Page 25: Hoofdstuk 06 - Audesirk](https://reader034.vdocuments.net/reader034/viewer/2022052206/5596f3181a28ab5d4b8b4593/html5/thumbnails/25.jpg)
Sleutel en slot model
• Gesimplificeerd model van enzymwerking– substraat past in de 3-D structuur van de actieve zijde
van een enzym
– “sleutel past in het slot”
25
![Page 26: Hoofdstuk 06 - Audesirk](https://reader034.vdocuments.net/reader034/viewer/2022052206/5596f3181a28ab5d4b8b4593/html5/thumbnails/26.jpg)
Hoe werkt een enzym?
• Verschillende mechanismen verlagen de activeringsenergie en versnellen de reactie
– synthese• actieve zijde positioneert substraten in de juiste positie voor een
reactie– enzym brengt substraten dichter bij elkaar
– vertering• actieve zijde bindt substraten en oefent druk uit op de
bindingen die verbroken moeten worden
26
![Page 27: Hoofdstuk 06 - Audesirk](https://reader034.vdocuments.net/reader034/viewer/2022052206/5596f3181a28ab5d4b8b4593/html5/thumbnails/27.jpg)
Reguleren enzymwerking
• Enzymconcentratie
• Substraatconcentratie
• Temperatuur
• pH
• Saliniteit
• Activator
• Inhibitor
katalase27
![Page 28: Hoofdstuk 06 - Audesirk](https://reader034.vdocuments.net/reader034/viewer/2022052206/5596f3181a28ab5d4b8b4593/html5/thumbnails/28.jpg)
Enzymconcentratie
enzymconcentratie
reac
tie
sne
lhe
id
28
![Page 29: Hoofdstuk 06 - Audesirk](https://reader034.vdocuments.net/reader034/viewer/2022052206/5596f3181a28ab5d4b8b4593/html5/thumbnails/29.jpg)
Reguleren enzymwerking
• Enzymconcentratie– enzym = reactiesnelheid
• meer enzym = meer interactie met substraat
– reactiesnelheid neemt uiteindelijk niet meer toe• substraat is de limiterende factor
• niet alle enzymmoleculen vinden een substraat
enzymconcentratie
reac
tie
sne
lhe
id
29
![Page 30: Hoofdstuk 06 - Audesirk](https://reader034.vdocuments.net/reader034/viewer/2022052206/5596f3181a28ab5d4b8b4593/html5/thumbnails/30.jpg)
Substraatconcentratie
substraatconcentratie
reac
tie
sne
lhe
id
30
![Page 31: Hoofdstuk 06 - Audesirk](https://reader034.vdocuments.net/reader034/viewer/2022052206/5596f3181a28ab5d4b8b4593/html5/thumbnails/31.jpg)
Reguleren enzymwerking
• Substraatconcentratie– substraat = reactiesnelheid
• meer substraat = meer interactie met enzym
– reactiesnelheid neemt uiteindelijk niet meer toe• alle enzymen zijn gebonden aan substraat
• maximale reactiesnelheid
31substraatconcentratie
reac
tie
sne
lhe
id
![Page 32: Hoofdstuk 06 - Audesirk](https://reader034.vdocuments.net/reader034/viewer/2022052206/5596f3181a28ab5d4b8b4593/html5/thumbnails/32.jpg)
37°
Temperatuur
temperatuur
rea
cti
esn
elh
eid
32
![Page 33: Hoofdstuk 06 - Audesirk](https://reader034.vdocuments.net/reader034/viewer/2022052206/5596f3181a28ab5d4b8b4593/html5/thumbnails/33.jpg)
Reguleren enzymwerking
• Temperatuur– Optimum T°
• grootste aantal botsingen tussen enzym en substraat
• menselijke enzymen = 35°- 40°C – lichaamstemperatuur = 37°C
– Warmte: stijging boven optimum T°• meer energie leidt op moleculair niveau tot verstoren van
bindingen van enzymen en tussen enzymen en substraat
• denaturatie = verlies 3D vorm (tertiaire structuur)
– Kou: daling onder optimum T°• moleculen bewegen langzamer
• minder botsingen tussen enzym en substraat
33
![Page 34: Hoofdstuk 06 - Audesirk](https://reader034.vdocuments.net/reader034/viewer/2022052206/5596f3181a28ab5d4b8b4593/html5/thumbnails/34.jpg)
Enzymen en temperatuur
• Verschillende enzymen functioneren in verschillendeorganismen bij verschillende temperaturen
37°Ctemperatuur
reacti
esn
ele
id
70°C
enzym mensenzym bacterie
warmwater bron
34
![Page 35: Hoofdstuk 06 - Audesirk](https://reader034.vdocuments.net/reader034/viewer/2022052206/5596f3181a28ab5d4b8b4593/html5/thumbnails/35.jpg)
Ectotherm
35
![Page 36: Hoofdstuk 06 - Audesirk](https://reader034.vdocuments.net/reader034/viewer/2022052206/5596f3181a28ab5d4b8b4593/html5/thumbnails/36.jpg)
7
pH
pH
reac
tie
sne
lhe
id
20 1 3 4 5 6 8 9 10
pepsine trypsine
11 12 13 14
pepsine
trypsine
36
![Page 37: Hoofdstuk 06 - Audesirk](https://reader034.vdocuments.net/reader034/viewer/2022052206/5596f3181a28ab5d4b8b4593/html5/thumbnails/37.jpg)
Reguleren enzymwerking
• pH– veranderingen in pH
• toevoegen of verwijderen van H+
• verstoort bindingen, verstoort 3D vorm– verstoort aantrekking tussen geladen aminozuren
– beïnvloedt 2° & 3° structuur
– denaturatie van het eiwit
– optimale pH?• voor de meeste enzymen van de mens = pH 6-8
– afhankelijk van lokale omstandigheden
– pepsine (maag) = pH 2-3
– trypsine (dunne darm) = pH 8
720 1 3 4 5 6 8 9 10 1137
![Page 38: Hoofdstuk 06 - Audesirk](https://reader034.vdocuments.net/reader034/viewer/2022052206/5596f3181a28ab5d4b8b4593/html5/thumbnails/38.jpg)
Saliniteit
zoutconcentratie
reac
tie
sne
lhe
id
38
![Page 39: Hoofdstuk 06 - Audesirk](https://reader034.vdocuments.net/reader034/viewer/2022052206/5596f3181a28ab5d4b8b4593/html5/thumbnails/39.jpg)
Reguleren enzymwerking
• Zoutconcentratie
– veranderingen in saliniteit• toevoegen of verwijderen van kationen (+) & anionen (–)
• verstoort bindingen, verstoort 3D vorm– verstoort aantrekking tussen geladen aminozuren
– beïnvloedt 2° & 3° structuur
– denaturatie van het eiwit
– enzymen zijn niet tolerant voor extreme saliniteit• Dode Zee heet niet voor niets zo!
39
![Page 40: Hoofdstuk 06 - Audesirk](https://reader034.vdocuments.net/reader034/viewer/2022052206/5596f3181a28ab5d4b8b4593/html5/thumbnails/40.jpg)
Verbindingen die enzymen helpen
• Activator– cofactor
• niet-eiwit, kleine inorganische verbindingen/ionen– Mg, K, Ca, Zn, Fe, Cu
– gebonden in het enzym
– coenzym• niet-eiwit, organische verbinding
– bind tijdelijk of permanent in de buurt van de actieve zijde
• veel vitaminen– NAD (niacin; B3)
– FAD (riboflavin; B2)
– Coenzym A Mg inchlorofyl
Fe inhemoglobine
40
![Page 41: Hoofdstuk 06 - Audesirk](https://reader034.vdocuments.net/reader034/viewer/2022052206/5596f3181a28ab5d4b8b4593/html5/thumbnails/41.jpg)
Verbindingen die enzymen reguleren
• Inhibitor
– moleculen die de enzymactiviteit reduceren• competitieve inhibitie
• niet-competitieve inhibitie
• irreversibele inhibitie
• feedback inhibitie (negatieve terugkoppeling)
41
![Page 42: Hoofdstuk 06 - Audesirk](https://reader034.vdocuments.net/reader034/viewer/2022052206/5596f3181a28ab5d4b8b4593/html5/thumbnails/42.jpg)
Competitieve inhibitie
• Inhibitor & substraat “vechten” voor actieve zijde– penicilline
• blokkeert enzym van een bacterie om celwanden te bouwen
– disulfiram (Antabus)• behandelt chronisch alcoholisme
• blokkeert enzym wat alcohol afbreekt
• ernstige kater & overgeven5-10 minuten na drinken
• Oplossing: – verhogen van substraat concentratie
• bij hoge substraatconcentratie wint hetsubstraat de competitie voor de actievezijde van het enzym
42
![Page 43: Hoofdstuk 06 - Audesirk](https://reader034.vdocuments.net/reader034/viewer/2022052206/5596f3181a28ab5d4b8b4593/html5/thumbnails/43.jpg)
Niet-competitieve inhibitie
• Inhibitor bind aan een andere zijde dan de actieve zijde
– allosterische inhibitor bindt aan allosterische zijde
– veroorzaakt vormverandering enzym• actieve zijde functioneert niet meer
– enzym inactief
– sommige anti-kanker medicijnen
• remmen enzymen die betrokken zijn bij DNA synthese
• DNA productie stopt
• deling tumorcellen stopt
– cyanide
• remt Cytochroom C, een enzym watbetrokken is bij de dissimilatie
• ATP productie stopt
43
![Page 44: Hoofdstuk 06 - Audesirk](https://reader034.vdocuments.net/reader034/viewer/2022052206/5596f3181a28ab5d4b8b4593/html5/thumbnails/44.jpg)
Irreversibele inhibitie
• Inhibitor permanent gebonden aan enzym
– competitie• permanent gebonden aan actieve zijde
– allosterisch• permanent gebonden allosterische zijde
• permanente verandering van de vorm van het enzym
• zenuwgas, sarin, veel insecticiden (malathion, parathion…)– acetylcholinesterase inhibitoren
» geen afbraak van de neurotransmitter acetylcholine
44
![Page 45: Hoofdstuk 06 - Audesirk](https://reader034.vdocuments.net/reader034/viewer/2022052206/5596f3181a28ab5d4b8b4593/html5/thumbnails/45.jpg)
Metabole pathway
A B C D E F G
45
enzym
1
enzym
2
enzym
3
enzym
4
enzym
5
enzym
6
• Chemische reacties wordenuitgevoerd als pathways
• verdeling van een chemischereactie in kleine stappen gevolg van evolutie
controle = regulatie
A B C D E F G
enzym
![Page 46: Hoofdstuk 06 - Audesirk](https://reader034.vdocuments.net/reader034/viewer/2022052206/5596f3181a28ab5d4b8b4593/html5/thumbnails/46.jpg)
Feedback inhibitie
• Regulatie & coördinatie van de productie
– product wordt gebruikt in de volgende stap van de pathway
– eindproduct is een inhibitor van een eerdere stap• allosterische inhibitie van een eerder enzym
• feedback inhibitie
– geen onnodige accumulatie van een product
A B C D E F G
enzym
1
enzym
2
enzym
3
enzym
4
enzym
5
enzym
6X
46allosterische inhibitie van enzym 1
![Page 47: Hoofdstuk 06 - Audesirk](https://reader034.vdocuments.net/reader034/viewer/2022052206/5596f3181a28ab5d4b8b4593/html5/thumbnails/47.jpg)
Feedback inhibitie
• Voorbeeld– synthese van het
aminozuur isoleucine uithet aminozuur threonine
– isoleucine wordt de allosterische inhibitor van de eerste stap in de pathway• als de concentratie van
isoleucine stijgt botst het enzym vaker met isoleucinedan met threonine
threonine
isoleucine47
![Page 48: Hoofdstuk 06 - Audesirk](https://reader034.vdocuments.net/reader034/viewer/2022052206/5596f3181a28ab5d4b8b4593/html5/thumbnails/48.jpg)
Einde