H9 Energie en processen bij dieren

Studiobiologie hoofdstuk 9
Metabolisme / stofwisseling is de
verzamelnaam van alle chemische reacties
in een dierlijke cel. Het bestaat uit twee
delen: assimiliatie zijn alle reacties die
energie kosten, dissmiliatie alle reacties
die energie leveren.
Het celmembraan van een dierlijke cel
bestaat voornamelijk uit fosfolipiden:
vetzuurmoleculen met een fosfaatgroep. In
de fosfolipidelaag bevinden zich grote
eiwitmoleculen, meestal met een
koolhydraat. Zij kunnen dienen als poortje
voor transport maar ook voor herkenning.
Het cytoskelet zit onder de
fosfolipidelaag en bestaat uit
eiwitten. Het zorgt voor de vorm
van de cel en de beweging van de
cel. Het grondplasma is de
vloeistof waarin de celorganellen
(celonderdelen) zich bevinden en
bestaat uit water en eiwitten. In het
grondplasma zitten ionen,
nucleotiden, enzymen en vrije
ribosomen. Het plasmamembraan
omsluit het grondplasma. Het
cytoplasma is het grondplasma en
de celorganellen samen.
De celkern bestaat uit
kernplasma en chromatine.
Het kernmembraan scheidt
het kernplasma en het
grondplasma van de cel. Het
chromatine bestaat uit
eiwitten en DNA.
De meeste vetten bestaan uit een basis van glycerol met daaraan een of meer vetzuren.
Achtereenvolgend zijn mono-, di en triglyceride glyceriden met een, twee en drie vetzuren
eraan. De reactie tussen vetzuren en glycerol is een condensatiereactie: het is een reactie
waarbij water vrijkomt. De verschillende vetzuren verschillen in het aantal koolstofatomen en
bindingen. (meervoudig) Onverzadigde vetzuren hebben een (of meer) dubbele bindingen.
Verzadigde vetzuren hebben geen dubbele bindingen.
Koolhydraten zijn organische verbindingen met de algemene formule CH2O.
Eiwitten zijn stoffen opgebouwd uit aminozuren. Er komen 20 verschillende aminozuren
voor in de natuur. Aminozuren verbinden zich met elkaar door een condensatiereactie.
DNA is opgebouwd uit nucleotiden, die bestaan uit een fosfaatgroep, een desoxyribose en
een stikstofbase. RNA heeft bijna dezelfde structuur; alleen ribose in plaats van desoxyribose.
RNA en DNA zijn nucleïnezuren. Er zijn vier verschillende stikstofbasen: adenine (A),
cytosine (C), guanine (G) en thymine (T) in het DNA. In het RNA is thymine vervangen
door uracil (U).
Lichtenergie die op onze huid valt wordt omgezet in chemische energie en in warmte. Zo kan
het oog werken en wordt de huid bruin.
Organische stoffen bevatten veel chemische energie. Bij een reactie met zuurstof ontstaan er
grote hoeveelheden van andere energievormen, bijvoorbeeld licht en warmte. Hoeveel
chemische energie een organische stof bevat, wordt bepaald door de plaats van elektronen in
de atomen. Als de elektronen ver van de kern afbewegen, bevatten ze veel energie.
Bij chemische reacties wordt in het molecuul ATP vaak energie opgeslagen. A staat voor
adenosine (adenine + ribose), T staat voor tri en P staat voor fosfaat groepen. ATP ontstaat als
ADP (D = di) reageert met fosfaat. ATP kan zijn energie in het hele lichaam afgeven. Dit doet
het bijvoorbeeld door middel van fosfolysering; het koppelen van een fosfaatgroep aan een
ander molecuul. Bijvoorbeeld enzymen of koolhydraten.
De aerobe dissimilatie van glucose vindt plaats in een aantal stappen. De eerste is de
glycolyse: glucose wordt omgezet in pyrodruivenzuur door fosfolysering in het grondplasma.
Daarbij worden 2 ATP moleculen gebruikt en 4 gevormd. De nettoproductie is 2 ATP
moleculen en 2 NADH moleculen.
Door een eiwitpoort wordt het pyrodruivenzuur naar het mitochondrium vervoerd. Het
pyrodruivenzuur wordt omgezet in een acetylgroep en gebonden aan een co-enzym en gaat
dan de citroenzuurcyclus terecht: een reeks van omzettingen waarbij koolstofdioxide, ATP,
NADH en FADH ontstaan.
NADH en FADH hebben dan elektronen van de glucose onttrokken. Deze elektronen worden
in een redoxketen omgezet in ATP. De eerste stap bestaat uit het afgeven van de elektronen
aan het membraan van het mitochondrium. Daar zitten sterkere oxidatoren die de elektronen
opnemen. De laatste oxidator is zuurstof, zodat er, samen met H+ moleculen, water ontstaat.
De elektronen worden steeds negatiever, waardoor het overschot van protonen, dat ontstaan is
in de citroenzuurcyclus aangetrokken wordt door het membraan. Protonenpompen in het
membraan pompen de protonen naar de ruimte tussen de mitochondriummembranen. Het
concentratieverschil tussen de membranen vertegentwoordigt potentiele energie en kan door
ATP-ase, een molecuulcomplex in het membraan omgezet worden in ATP.
Uiteindelijk ontstaan er 38 ATP moleculen op een glucosemolecuul.
Soms is er niet genoeg zuurstof om de dissimilatie normaal te laten verlopen. Dan wordt er
energie gehaald uit gisting: de anaërobe dissimilatie van koolhydraten.
De alcoholische gisting is het omzetten van pyrodruivenzuur naar acetylaldehyde naar
ethanol.
De reactievergelijking:
C3H4O3
 C2H4O
+ CO2(g)
 Ethanal
+ Koostofdioxide
Koolstofdioxide is een gas en gaat nu uit het proces.C2H4O
Pyrodruivenzuur
+ 2 NADH+ + 2 H+ + 4e- 
C2H5OH+ 2 NAD+
Ethanal
+ 2 NADH+ + 2 waterstof ionen+ 4 elektronen  Ethanol+ 2 NAD+
Bij de melkzuurgisting wordt de pyrodruivenzuur omgezet in melkzuur:
2 pyrodruivenzuur (2C3) + 2NADH2 →2 melkzuur (2C3) + 2NAD
De melkzuurgisting heeft als brutoreactie: C6H12O6 (glucose) → 2 melkzuur (2C3) + 2ATP
Bij melkzuurgisting ontstaan per glucosemolecuul slechts 2 ATP-moleculen. Het proces levert
veel minder energie op dan aërobe dissimilatie, het eindproduct is immers nog energierijk.
De enzymen in ons lichaam functioneren het beste bij een temperatuur van 37 graden. De
optimumtemperatuur is de temperatuur waarbij een enzym het beste kan functioneren.
Onder het minimum en boven het maximum werkt een enzym niet.