Assimilatie en dissimilatie

Assimilatie en dissimilatie
Dissimilatie
De afbraak van complexe verbindingen in
eenvoudige stoffen die vaak energie oplevert
• Je lichaam heeft energie nodig om processen te
laten plaatsvinden
• Die energie komt vrij bij verbranding/dissimilatie
van voedselmoleculen
Energie
• Welke vormen van energie ken je?
-Bewegingsenergie
-Warmte energie
-Chemische energie
-Licht energie
Energie
• Heeft het lichaam nodig voor de opbouw van
stoffen
• Wordt in het lichaam gebruikt in de vorm van
ATP:
– Adenosine Trifosfaat
• Adenine* + ribose* = Adenosine
+ drie fosfaat groepen*
ATP
• Lost gemakkelijk op in water:
– Gemakkelijk door de cel te vervoeren
• Negatief geladen zuurstofatomen uit
fosforzuurresten stoten elkaar af
– Daardoor bevatten de bindingen tussen
fosforzuurresten veel energie
ATP
• Gevormd uit ADP (ADP + Pi  ATP)
• Per molecuul ATP komt 30,6 kJ energie vrij
• ATP wordt gevormd in de Mitochondriën
• Voorraad ATP in je lichaam: 5 gram
• Verbruik ATP: 40 kg per 24 uur
ATP is nodig voor:
• Samentrekken van spierfilamenten
• Actief transport
• Activeringsenergie: chemische arbeid
Aërobe Dissimilatie
• Zuurstof is nodig bij verbranding!
• Koolhydraten, eiwitten en vetten worden gebruikt
• Bij verbranding komt energie vrij:
– C6H12O6 (glucose) + 6 O2 (zuurstof)
6 H2O (water) + 6 CO2 (koolstofdioxide) + Energie
• Energie wordt vastgelegd in ATP
Dissimilatie
• In de cel wordt glucose als het ware
“ontmanteld”:
Stapsgewijs worden elektronen (e- ) en H+
protonen onttrokken aan het molecuul.
Vervolgens splitst het molecuul zich in delen.
• Elektronen zijn altijd gekoppeld aan een
waterstof atoom en komen dus niet los voor!
Redox reacties (reductie/oxidatie)
• Het verplaatsen van elektronen tijdens chemische
reacties
• Door de verandering van de positie van de elektronen:
energie komt vrij uit voedselmoleculen
• Oxidatie: een substraat verliest elektronen
• Reductie: een substraat krijgt elektronen toegevoegd
– Elektronen toevoegen aan een positief geladen ion
reduceert de hoeveelheid positieve lading van dat ion
Redox reacties (voorbeeld)
• Na + Cl  Na+ + Cl– Na  Na+ oxidatie proces
– Cl  Cl- reductie proces
• Na reduceert Cl (Cl ontvangt e-: wordt negatiever geladen)
• Cl oxideert Na (Na geeft e- weg: wordt positiever geladen)
• Algemeen: Xe- + Y  X + Ye•
•
•
•
Xe-  X oxidatie proces
Y  Ye- reductie proces
X reduceert Y
Y oxideert X
Redox reacties
• Vinden niet vanzelf plaats
• Speciale enzymen zijn nodig voor het
onttrekken van H+ aan glucose
(of een andere organische stof)
• Deze enzymen noemen we Dehydrogenasen
Dehydrogenasen
• NAD (Nicotinamide Adenine Dinucleotide):
Elektron + Waterstof acceptor
Opname waterstof: NADH,H+
– Taak: waterstof en elektronen transporteren naar andere plaatsen in
de cel
• FAD (Flavine Adenine Dinucleotide)
Gereduceerd tot FADH2
Hoe wordt er energie gehaald uit glucose?
• De aërobe dissimilatie van glucose gebeurt in
4 reactie ketens:
– Glycolyse
– Koppelingsreactie
– Citroenzuurcyclus
– Oxidatieve fosforylering
Glycolyse (zoek op in je binas!)
• Glucose komt in het cytoplasma
• Een enzym koppelt fosfaatgroep van ATP aan het glucose
molecuul
• Een ander enzym voegt nog een fosfaatgroep toe aan de
andere kant van de suiker
– Glucose kan nu in tweeën gesplitst worden:
• Suiker wordt geoxideerd (staat elektronen af). Verplaatsing
van H+ en e- naar NAD+:
– NADH,H+ wordt gevormd
(omdat deze reactie in tweevoud plaatsvindt: 2 NADH,H+)
• Energie vrij: fosfaatgroep gebonden (reactie tweevoud):
• Vorming van nog 2 ATP moleculen
• Product: 2 pyrodruivenzuur
• Netto-opbrengst: 2 ATP, 2 NADH,H+, 2 pyrodruivenzuur
Koppelingsreactie
• Verplaatsing van Pyrodruivenzuur van het cytoplasma naar de
Mitochondriën
• Pyrodruivenzuur raakt C-groep kwijt (1):
• Resterende C-groepen worden geoxideerd: azijnzuur (2)
– Elektronen en H+ die zijn afgestaan: NAD+  NADH,H+
(Reactie vindt in tweevoud plaats)
• Co-enzym A + azijnzuur  Acetyl CoA (3)
• Acetyl CoA gaat de citroenzuurcyclus in voor verder oxidatie
• Netto opbrengst: 2 NADH,H+ en Acetyl CoA
Citroenzuurcyclus (Binas!)
(per glucose molecuul 2 x doorlopen)
• Acetyl CoA staat 2 C-atomen af aan oxaalazijnzuur: Citroenzuur
gevormd
• Molecuul geoxideerd en reduceert NAD (x2):
2 NAD+  2 NADH,H+
• CoA wordt vervangen door fosfaatgroep:
• Overblijvende molecuul reduceert FAD:
FAD  FADH2
• Substraat wordt geoxideerd: reductie NAD:
NAD+  NADH,H+
• Product: Oxaalazijnzuur
• Netto opbrengst: 6 NADH,H+, 2 FADH2 CO2, 2 ATP
Oxidatieve fosforylering
• Vindt plaats in de binnenmembraan van de
mitochondriën
• Door vouwing van membraan van
mitochondrium: groter oppervlakte
• Gebruikt energie die vrij komt bij de
elektronen transportketen
Elektronen transportketen (Binas!)
Oxidatieve fosforylering
• In de elektronentransportketen worden H+
protonen over het membraan gepompt
• Membraan niet permeabel voor ionen, maar
ATP-synthase wel!
• http://www.science.smith.edu/departments/
Biology/Bio231//etc.html
Oxidatieve fosforylering
ATP-Synthase
Chemiosmose (Binas!)
• H+ ionen diffunderen door het kanaal van
ATP-Synthase
• ATP-Synthase conformeert
• Activatie vindt plaats van de katalyserende
punten waar ADP en Pi combineren tot ATP
Totale opbrengst per glucose molecuul
• Glycolyse: 2 ATP
• Citroenzuurcyclus: 2 ATP
• Elektronentransportketen + Oxidatieve
fosforylering: 34 ATP
• Totaal: 38 ATP gevormd
Anaërobe dissimilatie
• Geen zuurstof beschikbaar
• Alleen de Glycolyse verloopt
• Vervolg op glycolyse:
– Melkzuurgisting
• Pyrodruivenzuur direct gereduceerd door NADH,H+ 
Melkzuur
• NAD+ vrij voor glycolyse
– Alcoholgisting:
• CO2 verlaat pyrodruivenzuur: acetaldehyde
• Acetaldehyde gereduceerd tot NADH,H+  Ethanol
• NAD+ vrij voor glycolyse
Assimilatie
• Het maken van ingewikkelde stoffen uit
eenvoudige stoffen
Fotosynthese
• Autotroof = zelfvoedend
• Chloroplasten in alle groene delen van de
plant  chlorofyl (kleurstof)
• Gemiddelde mesofyll bladcel: 30-40
chloroplasten
Chloroplast
Licht
• Elektromagnetische straling
• Fotonen: deeltjes die energie bevatten
• Moleculen kunnen deze deeltjes opnemen
• Energie vrij: warmte
• Brengt elektronentransport
op gang
NADP
Elektron + Waterstof acceptor
Opname waterstof: NADPH,H+
– Taak: waterstof en elektronen transporteren naar andere plaatsen in
de cel
Fotosystemen
Non cyclische en cyclische
fotofosforylering
• Non cyclische flow: beide fotosystemen
worden gebruikt. Vorming van ATP en
NADPH,H+
• Cyclische flow: alleen fotosysteem 1 wordt
gebruikt:
– Geen zuurstof productie en NADPH,H+ productie!
Wel ATP!
Verbruik ATP / NADPH,H+
• Calvin cyclus verbruikt meer ATP dan
NADPH,H+:
– Chloroplast te weinig ATP voor Calvincyclus:
NADPH,H+ hoopt zich op in de cal: Calvin cyclus
remt af
– Bij ophoping van NADH,H+: overgang van cyclisch
naar non-cyclisch totdat er genoeg ATP is.
Cyclische fotofosforylering
Chemiosmose
Calvin cyclus
• Voor vormen van 1 G3P molecuul, nodig:
– 3 CO2 moleculen
– 9 ATP moleculen
– 6 NADPH moleculen
Voortgezette assimilatie glucose
• Synthese van andere stoffen (i.s.m. N,P en S):
– Nucleotiden
– Aminozuren
• Dissimilatie van glucose: ATP vrij
– Vormen van weefsels
• Opgeslagen als zetmeel in de bladeren. Reserve voorraden in:
wortels, zaden, knollen en bollen
Optimalisatie fotosynthese
• Voldoende licht
• Voldoende CO2
• Goede watervoorziening