Hoofdstuk 10 en 11: Celstofwisseling II (ETK en verder

Celstofwisseling II (COO 5)
Vragen bij deoefen- en zelftoets-module behorende bij hoofdstuk 10 en 11 van Unit 1 van
‘Biology’, Campbell, 10e druk
Versie 2014-2015
Elektronen-transportketen
1.
Van enkele processen in het schema staat aangegeven dat
er 'reducing power' bij vrijkomt in de vorm van NADH.
'Reducing power' kan ook vrijkomen in de vorm van FADH2.
Bij welke processen ontstaat dit?
2.
Waar in het mitochondrium is de elektronen-transportketen
gelokaliseerd?
3.
Bij het model van de elektronen-transportketen staat vast dat elektronen van NADH de
binnenmembraan van het mitochondrium passeren via een aantal carriërs die in deze
membraan liggen. Welk model geeft het beste overzicht van de elektronentransportketen?
4.
Protonen worden van de matrix naar de tussenmembraanruimte gepompt. Wat gebeurt er
met de pH in de tussenmembraanruimte?
5.
Hoe heet de gradiënt die zich over de binnenmembraan bevindt?
6.
Bij de ETK verloopt de elektronenoverdracht van NADH naar O2 in kleine deelstappen,
waardoor de energie in kleine porties vrijkomt. Wat is het voordeel hiervan?
1
7.
Nu volgt een animatie van de stappen in de ETK. De betrokken eiwitcomplexen zullen
worden genummerd. Vul onderstaand schema in, en zet de nummers op de juiste plaats in
het schema van vraag 3.
Naam van het redoxkoppel
8.
actie
1
staat twee elektronen af.
2
zorgt ervoor dat NADH twee
elektronen afstaat en één of
meer protonen door de
membraan gepompt worden.
3
transporteert de elektronen door
de membraan naar complex 4.
4
pompt weer één of meer
protonen naar de
tussenmembraanruimte.
5
transporteert de elektronen door
de membraan naar complex 6.
6
pompt een proton naar de
tussenmembraanruimte en zorgt
voor de vorming van water.
Het flavoproteïne dat de
elektronen overneemt van
FADH2 heeft een
redoxpotentiaal van 0,0.
Welke component van de
ETK neemt deze elektronen
als eerste op?
Geef deze aan in het
nevenstaande schema.
2
Redoxpotentiaal
(E0 in mV)
9.
De elektronen van FADH2 wekken ook energie op waarmee protonen uit de matrix
gepompt worden. Worden met de elektronen van FADH2 evenveel protonen uit de matrix
gepompt als met NADH?
Oxidatieve fosforylering
10. De energie van de protonengradiënt wordt benut voor:
- oxidatieve fosforylering
- actief transport over de membraan
- rotatie van bacterie-flagellen.
Welke verbinding wordt bij de oxidatieve fosforylering gefosforyleerd?
11. Hier zie je het ATP-synthase in de
binnenmembraan van het mitochondrium.
Het bestaat uit een F0-deel en een F1-deel.
Benoem de onderdelen.
12. A. Waar bevindt zich in het mitochondrium de
elektrochemische protonengradiënt?
B. In welk compartiment van het mitochondrium
wordt ATP gevormd?
C. Waar in de chloroplast bevindt zich de elektrochemische
protonengradiënt?
D. In welk compartiment van de chloroplast wordt ATP
gevormd?
3
E. Waar in de bacterie bevindt zich de elektrochemische protonengradiënt?
F. In welk compartiment van de bacterie wordt ATP gevormd?
ATP-opbrengst
13. NADH levert 2 elektronen aan de elektronentransportketen. Per elektron veronderstelt
men dat de volgende aantallen protonen uit de matrix worden gepompt:
- NADH-dehydrogenase:
2
- het cytochroom b-c1 complex:
2
- het cytochroom-oxidase complex:
1
Om één ATP te vormen moeten 3 protonen teruggevoerd worden naar de matrix. Om één
ATP van de matrix naar het cytoplasma te transporteren moet ook een proton naar de
matrix worden teruggevoerd. Hoeveel moleculen ATP in het cytoplasma levert één
molecuul NADH op?
14. FADH2 levert net als NADH 2 elektronen aan de elektronentransportketen. Hoeveel
moleculen ATP in het cytoplasma levert één molecuul FADH2 op?
15. Met behulp van de vereenvoudigde figuur hiernaast kun je berekenen wat de netto energie
is die wordt opgewekt bij de verbranding van één molecuul glucose.
A. Geef eerst de hoeveelheid ATP-equivalenten die via de oxydatieve fosforylering
vrijkomt.
B. Bereken nu hoeveel ATP-equivalenten de glycolyse oplevert.
4
C. Hoeveel ATP-equivalenten levert de pyruvaat-dehydrogenase-reactie op?
D. Hoeveel ATP-equivalenten levert de citroenzuurcyclus op?
E. Hoeveel ATP-equivalenten levert één glucose-molecuul op bij totale oxidatie?
Licht als energie
16. Fysisch gezien gedraagt licht zich dualistisch:
- als een verzameling deeltjes en
- als energie met een karakteristieke voortbeweging.
A. Hoe heten de deeltjes waaruit licht bestaat?
B. In welk patroon beweegt deze energie zich door de ruimte?
17. Licht maakt (een heel klein) deel uit van het elektromagnetische stralingsspectrum. Niet
alle elektromagnetische straling (inclusief licht) heeft dezelfde energie-inhoud. Welke
factor is van invloed op de energie-inhoud van elektromagnetische straling?
18. Niet alle elektromagnetische straling (inclusief licht) heeft dezelfde energie-inhoud. Deze
varieert met de golflengte.
A. Welk foton heeft de grootste energie-inhoud, een foton met een golflengte van 400
nm, of een foton met een golflengte van 700 nm?
B. Wat is de eenheid voor de energie-inhoud die met deze formule wordt berekend?
5
19. De elektromagnetische straling van de zon wordt ingedeeld naar golflengte.
A. Zet de juiste namen voor de straling bij de juiste golflengten.
1 mm - 1 km:
700 nm - 1 mm:
400 - 700 nm:
1 - 400 nm:
10-5 - 1 nm:
B. Twee processen in de atmosfeer zorgen ervoor dat een groot deel van deze straling
het aardoppervlak niet bereikt. Welke twee zijn dit?
C. Uiteindelijk bereikt alleen straling met een golflengte tussen 102 en 104 de aarde.
Planten halen hun energie uit de elektromagnetische straling van de zon. Welk deel
van dit beperkte spectrum is het meest geschikt als energiebron voor planten?
20. In 1882 werd voor het eerst de relatie tussen golflengte van het licht en fotosynthese
aangetoond. Dit experiment van T.W. Engelman is daardoor klassiek geworden. Het
experiment liep als volgt:
1. Doe een groene alg in een cuvet met water
2. Voeg hieraan aërobe bacteriën toe
3. Bekijk de bewegingen van de bacteriën in licht en donker
A. Waar komen de bacteriën op af?
B. Geef de reactievergelijking voor de fotosynthese, en maak deze kloppend.
C. Uit deze vergelijking is niet op te maken of water of CO2 wordt gereduceerd
(gesplitst). Waarmee kun je dat vaststellen?
Met behulp van ………..…………….. werd vastgesteld dat ……….…
wordt gesplitst en …….…… wordt gereduceerd.
D. Engelman deed een voorspelling bij welke kleur licht amper fotosynthese plaatsvindt.
Hij concludeerde dit uit de kleur van de bladeren. Bij welke kleur licht voorspelde hij
weinig fotosynthese?
6
21. Alle stoffen absorberen specifieke delen van het elektromagnetisch spectrum. De overige
delen van het spectrum worden gereflecteerd of doorgelaten. Sommige van deze stoffen
absorberen een deel van het zichtbare licht.
A. Hoe noemen we deze stoffen?
B. Wat gebeurt er als een molecuul een foton absorbeert?
22. Fotosynthese vindt plaats in de bladcellen.
A. Hoe heten de organellen die daarbij betrokken zijn?
B. Benoem de structuren in deze figuur.
7
Fotosynthese
23. De fotosynthesereactie bestaat uit een lichtreactie en de Calvin cyclus.
A. Wat zijn de eindproducten van de lichtreactie?
B.
In een experiment worden chloroplasten geïsoleerd. Daarbij raken er ook een aantal
beschadigd. Intacte chloroplasten produceren triosefosfaten, die in het cytoplasma
van de cel worden omgezet in suiker. Chloroplasten waarvan de grana nog wel intact
zijn, maar de binnen- en buitenmembraan zijn beschadigd, produceren nog wel ATP,
maar geen suikers. In welk deel van de chloroplast vinden de Calvin cyclus en de
lichtreactie plaats?
24. Geïsoleerde grana worden gebruikt om ATP te produceren. Wat is de drijvende kracht
voor de productie van ATP?
25. Gedurende de fotosynthese worden elektronen van de ene op de andere stof
doorgegeven.
A. Waar komen deze elektronen in eerste instantie vandaan?
B.
Waar komen deze elektronen terecht?
C. Via een elektronentransportketen komen deze elektronen bij fotosysteem 2 terecht.
Welke stof neemt uiteindelijk de elektronen op?
D. Waar geeft deze stof deze energie weer af?
26. Dit is een schema van de
reacties die in de chloroplast
plaatsvinden. Vul de
ontbrekende stoffen in.
8
27. Hier zie je de reacties in het chloroplast die leiden tot de vorming van ATP en NADPH voor
de Calvin cyclus. Er wordt ongeveer evenveel NADPH als ATP gevormd, maar in de
Calvin cyclus is echter meer ATP dan NADH nodig.
A. Hoe komt de chloroplast aan meer ATP?
B. Aan wie geeft Fd zijn elektronen nu af?
28. Hoe geeft het cytochroomcomplex de energie van de elektronenstroom door?
29. A. Waaruit bestaat de cyclische elektronen-transportketen?
B. Wat wordt bij de cyclische elektronen-transportketen gevormd?
C. Wordt er bij de cyclische elektronen-transportketen nog wat anders gevormd of
verbruikt?
30. In dit schema van de Calvin-cyclus zie je de verbruikte energie aangegeven.
A. Hoeveel moleculen CO2 zijn nodig om glucose
te vormen?
B. Hoeveel moleculen ATP
zijn nodig om glucose te
vormen?
C.
Hoeveel moleculen NADHPzijn
nodig om glucose te vormen?
D. Hoeveel watermoleculen moeten
daarvoor gesplitst worden?
9