04 Bio5 thema 4 stofwisseling wet

in cellen
DEEL 2 Stof- en energieomzettingen
Thema
4
ROL VAN ENZYMEN
BIJ STOFWISSELINGSPROCESSEN
1
Verschil tussen stofuitwisseling
en stofwisseling
 Stofuitwisseling: cellen wisselen stoffen uit met de
omgeving.
 Stofwisseling of metabolisme: geheel van chemische
reacties in een organisme of cel waarbij stoffen worden
omgezet in andere stoffen.
Geleide diffusie is een voorbeeld van stofuitwisseling
Fotosynthese is een voorbeeld van stofwisseling
2
Soorten
stofwisselingsreacties
2.1 Anabole reacties
2.2 Katabole reacties
2.1 Anabole reacties
 Anabole reacties: grotere biomoleculen worden gevormd
uit kleinere.
•
•
Endo-energetisch
geheel anabole reacties = anabolisme of opbouwstofwisseling
 Vorming maltose door condensatiereactie
 Fotosynthese gebruikt lichtenergie
6 CO2 + 6 H2O → C6H12O6 + 6 O2
2.2 Katabole reacties
 Katabole reacties: grotere biomoleculen worden
afgebroken tot kleinere.
•
•
Exo-energetisch
Geheel katabole reacties = katabolisme of
afbraakstofwisseling
 Vertering van lactose
 celademhaling
C6H12O6 + 6 O2 → 6 CO2 + 6 H2O
Afbraak van voedsel (katabolisme) levert energie en bouwstoffen
voor de opbouw van biomoleculen (anabolisme)
3
Enzymen
3.1 Enzymen katalyseren chemische
reacties
3.2 Structuur en werking van enzymen
3.3 Naamgeving voor enzymen
3.4 Eigenschappen van enzymen
3
Enzymen
3.5 Factoren die de snelheid van een
enzymatische reactie beïnvloeden
3.6 Belang van enzymen voor de
spijsvertering
3.7 Hoe regelen cellen de enzymwerking?
3.8 Toepassingen van enzymen in het
dagelijkse leven
3.1 Enzymen katalyseren chemische
reacties
Botsingstheorie: een reactie treedt op als:
• deeltjes voldoende hevig met elkaar botsen (temperatuur,
kinetische energie)
• deeltjes op gepaste wijze (richting, positie) met elkaar
botsen
 Het lichaam heeft een relatief lage temperatuur, dus
verlopen reacties traag. Daarom zij er enzymen nodig.
 Enzymen zijn biokatalysators:
katalysators versnellen (katalyseren) een chemische
reactie zonder zelf deel te nemen aan de reactie.
3.2 Structuur en werking van enzymen
3.2.1 Enzymen zijn proteïnen
 Enzym is een proteïne:
• één of meer polypeptideketens
• in een specifieke
driedimensionale structuur
Driedimensionale structuur katalase
3.2.2 Vorming van het enzym-substraatcomplex
 Enzymen bezitten een actief centrum
substraat past hier precies in
 Substraat = stof die het enzym moet omzetten
 Enzym + substraat = enzym-substraatcomplex
enzym + substraatmolecule(n)
enzym-substraatcomplex
enzym + reactieproduct(en)
 Enzymen worden zelf niet verbruikt bij de reactie
kleine hoeveelheden zijn voldoende
Afbraak substraatmolecule
Opbouw vanuit substraatmoleculen
3.2.3 Enzymen verlagen de activeringsenergie
 Start chemische reactie: activeringsenergie toevoegen
warmte
 Enzym verlagen de activeringsenergie
Enzymen verlagen de
activeringsenergie
3.2.4 Levensduur van enzymen
 Levensduur is beperkt
 Niet meer functioneel = afgebroken
3.3 Naamgeving voor enzymen
 Naam enzym = naam substraat + -ase
substraat
naam van het enzym
amylum (zetmeel)
amylase
lactose (melksuiker)
lactase
lipide
lipase
Peptide (aminozuurketen)
peptidasen
 Uitzonderingen: pepsine, ptyaline en pancreatine
3.4 Eigenschappen van enzymen
3.4.1 Enzymen zijn substraatspecifiek
 Actief centrum specifiek gebouwd
Substraatspecifiek: sleutel-slotprincipe
Reactie bij specifiek substraat
Geen reactie bij
niet-specifiek substraat
3.4.2 Enzymen zijn reactiespecifiek

eenzelfde substraat
verschillende reacties door verschillende enzymen
 Voorbeeld
enzym 1
glucose + fructose
sacharose + water
enzym 2
glucose + fosfaatgroep
Enzymen zijn reactiespecifiek
glucosefosfaat
3.5 Factoren die de snelheid van een
enzymatische reactie beïnvloeden
3.5.1 Concentratie van het substraat
 Concentratie substraat
dan reactiesnelheid
tot alle enzymen (actieve centra) bezet zijn
verdere stijging van substraatconcentratie heeft geen
invloed meer
Verzadiging: maximale reactiesnelheid
Invloed substraatconcentratie op reactiesnelheid
3.5.2 Concentratie van het enzym
 concentratie enzym
dan reactiesnelheid
Reactiesnelheid v
 voorwaarde: voldoende substraat
enzymconcentratie
Invloed enzymconcentratie op reactiesnelheid
3.5.3 Temperatuur
 Enzymen werken het best bij optimumtemperatuur
37°C bij zoogdieren
 Boven optimumtemperatuur : denaturatie enzymen
 Onder optimumtemperatuur: deactivatie enzymen
Invloed temperatuur op enzymactiviteit
3.5.4 Zuurgraad
 Zuurgraad beïnvloedt de driedimensionele structuur
van enzymen
 Elk enzym heeft zijn eigen pH-optimum
 Voorbeeld: pH-optimum van speekselamylase is pH= 7
pH-optimum van pepsine is pH=2
3.6 Belang van enzymen voor de
spijsvertering
3.6.1 Enzymwerking in de mond
 In mondholte: afvoergang speekselklieren
 Speeksel bevat speekselamylase
pH-optimum van amylase
is pH = 7
 Splitsing zetmeel tot maltose en glucose
= hydrolyse
amylase
Zetmeel + water
maltose + glucose
(ca. 85%) (ca. 15%)
3.6.2 Enzymwerking in de maagholte
 Verschillende soorten kliercellen vormen het
maagsap.
 Maagsap bevat:
• slijm
• HCl
• Pepsinogeen
 slijm : beschermt maagwand tegen pepsine en
HCl
 Zoutzuur (HCl) zorgt voor pH = 2
denaturatie proteïnen
polypeptidenketens beter toegankelijk
 HCl zet onwerkzame pepsinogeen om in pepsine
HCl
pepsinogeen
pepsine
 Pepsine: polypeptiden afbreken tot kortere
polypeptidenketens (endopeptidase)
pH-optimum van
pepsine is pH = 2
pH-optimum van
pepsine is pH = 2
3.6.3 Enzymwerking in de twaalfvingerigedarmholte
 Twaalfvingerige darm: begin dunne darm
 Pancreas (alvleesklier) en lever (met de galblaas)
monden uit in de twaalfvingerige darm.
 Pancreassap bevat:
• endopeptidasen: breekt polypeptidenketens af
• exopeptidasen: breekt polypeptidenketens af
• pancreasamylase: breekt zetmeel af
• maltase: breekt maltose af
• lipase: breekt lipiden af
• Natriumwatersofcarbonaat (NaHCO3): zuur
neutraliseren
Afvoergangen gal en
pancreassap en pHwijzingen in de
twaalfvingerige darm
Verschil endo- en exopeptidasen
Hydrolyse lipiden door lipase
 Galsap bevat galzouten
 Galzouten brengen lipiden in emulsie
betere vertering door lipase mogelijk
Emulgerende werking van galzouten
3.6.4 Enzymwerking in de rest van de dunne
darm
 De vertering wordt voltooid
 Enzymen gelegen in celmembranen van
darmepitheel.
 Volgende enzymen komen voor:
• exopeptidasen: breekt polypeptidenketens af
• dipeptidase: splits dipeptiden in aminozuren
• maltase: breekt maltose af
• lactose: breekt lactose af
• sacharase: breekt sacharose af
3.6.5 Schematisch overzicht van de werking
van de spijsverteringsenzymen
3.7 Hoe regelen cellen de enzymwerking?
3.7.1 Aanmaak van enzymen
 Enzymen worden pas aangemaakt als ze nodig zijn.
 Afhankelijk van hoeveelheid substraat.
3.7.2 Enzymen in celcompartimenten
 Specifieke enzymen in celcompartimenten
(celorganellen) heeft twee voordelen:
• Chemische reacties storen elkaar niet
• verschillende parameters mogelijk
 Voorbeelden:
• S.E.R. en mitochondriën
• Golgi-apparaat
• Lysosomen (zie schema pagina 122)
3.7.3 Enzyminhibitie
 Inhibitie: remming activiteit
 Enzymhibitoren: remmen in meer of mindere mate
de werking van een enzym.
 Dit kan gebeuren door:
• Competitie
• Actief centrum verandert van vorm
• Reactieproducten als inhibitoren
3.7.4 Cofactoren
 Vele enzymen werken pas als er een ‘hulpstof’
aanwezig is: de cofactor
 Werkzaam enzyme = proteïne + eventuele cofactor
 De cofactor:
ion (sporenelementen) bv. Chloor, ijzer
of
co-enzym (organische molecule) bv. NAD+
3.8 Toepassingen van enzymen in het
dagelijkse leven
 Enzymen voor kaasproductie: chymosine uit kalveren
of genetisch gewijzigde gistcellen
 Enzymen voor broodbereiding: enzymen van gisten
en amylase
 Enzym voor fruitsapbereiding: pectinase
 Enzymen in was- en vaatwasproducten
 Enzymen voor reinigen van contactlenzen
 Enzymen voor jeansbroeken