thema stofwisseling

THEMA STOFWISSELING
of metabolisme
•
•
•
•
•
•
•
•
Cellen nemen op:
Voedingsstoffen, water en zuurstof
Cellen gebruiken de stoffen
Cellen bouwen stoffen op
Cellen breken stoffen af
Cellen veranderen stoffen
Cellen slaan stoffen op
Stoffen gebruiken voor: groei en herstel en
vervanging
Organische
stoffen
• Door organismen
gemaakt
• Bevatten altijd C, H en O
• Eiwitten ook N = stikstof
• Grote(re) moleculen
• Bevatten veel energie
• Koolhydraten, vetten,
eiwitten, nucleinezuren
(nucleotidenketens dus in
DNA)
Anorganische
stoffen
• Vrij in de niet levende
natuur aanwezig maar ook
in levende organismen
• Bestaan uit alle soorten
atomen
• Kleine moleculen
• Bevatten weinig energie
• NaCl, H2O, CO2, O2 etc.
Glucose
Water
Indeling Stofwisseling
• Assimilatie
• Opbouw organische moleculen
uit kleinere moleculen van
organische of anorganische
oorsprong
• Dissimilatie
• Afbraak tot kleinere moleculen
• Bevatten chemische energie
• Deze bevatten weinig energie
• Fotosynthese (=
koolstofassimilatie)
• Opbouw vetten, koolhydraten,
eiwitten uit glucose bij planten
(= voortgezette assimilatie)
• Verbranding (= dissimilatie)
• Uiteindelijk ontstaan
anorganische stoffen
Fotosynthese
6CO2 + 6H2O ---------C6H12O6 + 6O2
Fotosynthese
• Koolstofassimilatie = hetzelfde
• Wie?
• Planten plaatsen met bladgroen
(chlorophyl)
• Cyanobacteriën: behoren tot de oudste
levensvormen op aarde. Het zijn bacteriën
met bladgroen
Cyanobacterien (blauwalgen)
Absorptiespectrum van
bladgroen
Waarom zijn bladeren doorgaans
groen in de zomer en goudkleurig in
de herfst?
Antwoord: in de zomer is er veel
chlorofyl en caroteen in de
bladeren. Deze moleculen hebben
de eigenschap dat ze blauw en rood
licht opvangen (absorptie) en groengeel licht weerkaatsen (reflectie).
Wat je dus ziet is de groenige
weerkaatsing
In het najaar daalt de temperatuur
waardoor juist chlorofyl geleidelijk afbreekt,
terwijl de stabielere gele - oranje carotenen
in redelijke hoeveelheid overblijven.
Bovendien neemt de aanmaak van roodgekleurde- anthocyanen in de vacuolen
van de cellen van bladeren toe. Door de
overheersing van gele, oranje en rode
pigmenten komen de typische herfstkleuren
tot uiting.
Fotosynthese: lichtenergie opgeslagen in glucose
en daarna uiteindelijk in ATP
Als ATP wordt afgebroken tot ADP komt de
energie vrij
5H1-B2 Enzymen.
• Chemische reacties verlopen traag.
• Bij een hogere temperatuur
- bewegen de moleculen sneller
- daardoor botsen ze harder op elkaar
- effectieve botsing  chemische verbinding
• In cellen zijn de temperaturen niet zo hoog.
• Daarom versnellen enzymen de reacties (katalysatoren)
• Door enzymen komen reacties tot stand bij heersende
temteratuur in de cellen
• Enzymen zelf worden NIET verbruikt
De werking van een enzym.
Eigenschappen van enzymen:
•
•
•
•
•
•
•
Een enzym heeft een speciale vorm
Door die vorm past het enzym op het substraat
Elk substraat heeft daardoor een ander enzym.
Een enzym is dus specifiek.
Enzymen bestaan uit een eiwitdeel.
Enzymen zijn temperatuur- en zuurgevoelig.
Naam van het enzym: substraat + ase
Eigenschappen van eiwitten
• Als je een ei kookt, stollen de eiwitten.
• Zure melk in de koffie laat de melk ‘schiften’.
• Bij een hogere temperatuur of andere zuurgraad
verandert de vorm van de eiwitten.
• Als dat met een enzym = eiwit gebeurt,
verandert dat ook van vorm.
• Daardoor past het enzym niet meer op het
substraat.
• En daardoor werkt het enzym niet meer.
Enzym = temperatuurgevoelig
• T < 5 oC : geen activiteit
• 5 oC < T < 35oC : elke 10
oC temperatuurstijging
gaat de reactie 10 keer
zo snel
• T > 35oC : sommige
enzym-moleculen gaan
stuk, de reactiesnelheid
neemt af.
• T > 45oC : alle moleculen
zijn stuk. Er zijn geen
pH = zuurgraad
PH 12 = basisch,
pH 7 = neutraal,
= zuur
pH 3
Voortgezette assimilatie
energie hierbij nodig
• GLUCOSE als grondstof
• Bij autotrofe organismen:
• Andere koolhydraten: glucose, fructose,
desoxyribose, maltose, lactose, sacharose, zetmeel,
glycogeen, cellulose
• Vetten
• Eiwitten (let op: N nodig = stikstof)
• Bij heterotrofe organismen:
• Koolhydraten
• Vetten
Koolhydraten
Maltose
Zetmeel
Glycogeen
Vetten
Fosfolipiden (celmembraan)
www.bioplek.org
celmembraan
Aminozuren
Aminozuren
Eiwitten
• Let op:
• Dieren kunnen GEEN eiwitten maken met
als grondstof glucose
• Wat dan?
• Voedsel – eiwitten – vertering –
aminozuren –
• Vorming aminozuren uit andere
aminozuren en dus synthese eiwitten
Eiwitten
Planten en eiwitten
• (Voortgezette) Assimilatie mogelijk met:
• 1. Glucose +
• 2. Stikstofhoudende ionen (vooral NO3-)
• Glucose + nitraat + energie → aminozuuur
• Aminozuren koppelen → eiwit
• Via mRNA en ribosomen
Voorbeelden eiwitten
•
•
•
•
•
•
•
•
Structuureiwitten (celskelet, histonen in DNA)
Plasmaeiwitten (fibrinogeen)
Antistoffen (immunoglobulinen)
Enzymen (katalysatoren) voor opbouw en
afbraak
Hormonen (signaaleiwitten)
Hemoglobine (transport (O2 en CO2)
Transporteiwitten (in celmembranen)
Receptoreiwitten (aan buitenkant celmembraan)
bijv. Voor hormonen en immuunsysteem
Dissimilatie
in mitochondrien
Dissimilatie 2
•
•
•
•
Ander woord = celademhaling
Oxidatie van organische voedingsstoffen
Gebeurt in 3 stappen:
1. glycolyse (in het cytoplasma rond de
mitochondriën )
• 2. citroenzuurcyclus (in mitochondrium)
• 3. oxidatieve fosforylering (in
mitochomdrium)
Dissimilatie 3
oxidatie
• De biologische oxidatie van glucose
kunnen we als volgt voorstellen:
C6H12O6 + 6 H2O + 6 O2 ⇒ 6 CO2 + 12 H2O + 38 ATP + warmte
Dit heet: Aërobe dissimilatie
- Aëroob = ??
- Anaëroob = ??
– ATP ??
ATP
• AdenosineTriFosfaat
• = nucleotide
(waarom?)
• Afkoppeling ATP
• Energie komt vrij +
ADP
Anaërobe dissimilatie
• Zonder zuurstof
• Veel minder energie (ATP) komt vrij
• Geen volledige afbraak glucose
• Gistcellen: eindproducten zijn alcohol en koolstofdioxide
• C6H12O6 + x Pi + x ADP ----> 2 CH3CH2OH + 2 CO2 + x ATP
• Melkzuurgisting: glucoseafbraak tot melkzuur
• Bereiding van yoghurt, kaas, zuurkool en in spieren bij inspanning
• C6H12O6 (glucose) → 2 melkzuur = 2C3H6O3) + 2ATP
Anaërobe dissimilatie bij dieren
•
•
•
•
•
•
•
Bij explosieve sporten
Veel glucose dissimileren in korte tijd
Onvolledige afbraak
Weinig energie (ATP)
Melkzuur ontstaat
Ophoping in spieren (vermoeid gevoel oftewel verzuring)
Na afloop inspanning wordt melkzuur afgevoerd naar de
lever
• In lever: omzetting van melkzuur m.b.v. O2 en ATP in
glucose
Dissimilatie van vetten en eiwitten
• Vetten:
• Eerst splitsing in glycerol en vetzuren
• Glycerol en vetzuren worden verder gedissimileerd
• Veel energie komt vrij
• Eiwitten:
•
•
•
•
•
Eerst splitsing in aminozuren
Verdere dissimilatie van aminozuren
Hierbij ontstaat ammoniak (bevat stikstof)
Bij mens: ammoniak omgezet in ureum
Bij andere dieren: ammoniak omgezet in urinezuur
• Ammoniak, ureum, urinezuur: schadelijk
• Uitscheiding met urinezuur
Basale stofwisseling
• Grondstofwisseling genoemd
• Hartslag
• Ademhalingsbewegingen, peristaltische
bewegingen darmkanaal
• Gebeuren altijd, zelfs bij lichaam in rust
• Afhankelijk van: geslacht, leeftijd en
lichaamsgewicht
Stofwisseling in planten
• Anorganische sapstroom (water en nitraationen,
ook voedingsmineralen)
• Transport door:
• 1. Verdamping
• 2. Capillaire werking
• Opstijging van een vloeistof (meestal water) in nauwe
kanalen door onderlinge aantrekking van moleculen. In
de bodem heeft dit stijging van het grondwater tot
gevolg. In planten gaat het water in de houtvaten door
capillaire werking omhoog
Stofwisseling in planten 2
• Organische sapstroom
•
•
•
•
•
•
•
•
•
Fotosynthese: glucose
Omzetting in zetmeel
Vooral ‘s-nachts: zetmeel omgezet in sacharose
Transport door bastvaten naar andere delen plant
Cellen nemen actief sacharose op
Sacharose omgezet in glucose in cellen:
Dissimilatie
Opslag als reservestoffen in verdikte delen plant
Opslag vet in vorm van druppels in cytoplasma (zaden
van zonnebloem, koolzaad, vlas en aardnoot (pinda)
Intensiteit fotosynthese
• = Snelheid waarmee glucose wordt gevormd en zuurstof vrijkomt bij
fotosynthese
• Afhankelijk van kleur van het licht, koolstofdioxide, water,
temperatuur en hoeveelheid bladgroen
• Een van deze factoren niet aanwezig? Geen fotosynthese
• Een van deze factoren in beperkte mate aanwezig? Fotosynthese in
beperkte mate
• Minst gunstige factor bepaalt intensiteit fotosynthese
• = beperkende factor
Intensiteit fotosynthese 2
• Intensiteit niet rechtstreeks te bepalen
• Afmeten aan hoeveelheid zuurstof
•
•
•
•
•
•
Let op:
Dissimilatie kost zuurstof
Fotosynthese levert zuurstof op
Overdag beide processen tegelijk
‘s-Nachts alleen dissimilatie
Belangrijk: opdrachten 25, 26 en 27 t/m 30
Koolstofkringloop
Stikstofkringloop
•www.bioplek.org
•Onderdeel ecologie
•Oefenen, ook thuis