Dissimilatie INTRODUCTIE Je hebt energie nodig, anders gaat het

Dissimilatie
INTRODUCTIE
Je hebt energie nodig, anders gaat het licht uit. Dat slaat niet alleen op de lampen in je woonkamer,
maar ook op je lijf. Iedere cel heeft energie nodig om in leven te blijven. Om aan energie te komen, moet
de cel stoffen afbreken waarin energie opgesloten ligt: brandstoffen.
De brandstoffen in ons lichaam worden op een andere manier verbrand dan bijvoorbeeld olie en hout;
anders zou ons lichaam in vlammen opgaan. Kijk wat er gebeurt als we de belangrijkste brandstof van ons
lichaam verbranden.
Thema
Glucose is de belangrijkste brandstof voor onze cellen. Ook eiwitten en andere stoffen kunnen door cellen
als brandstof worden gebruikt.
Sommige organismen zijn in staat om met behulp van andere energiebronnen zelf hun brandstof te
vormen. Planten bijvoorbeeld produceren met behulp van lichtenergie glucose (fotosynthese). Planten
moeten de glucose ook weer afbreken om de energie eruit te halen.
Voor de volledige verbranding van glucose heeft een cel behalve brandstof ook zuurstof nodig. Toch zijn
er veel organismen – meestal eencelligen – die het lukt in leven te blijven zonder zuurstof.
Probleemstelling
De afbraak of dissimilatie van glucose is een ingewikkeld proces. In een aantal stappen wordt alle in het
glucosemolecuul opgeslagen energie vrijgemaakt. Bij iedere stap worden nieuwe chemische stoffen
gevormd, die vervolgens in een volgende stap zelf weer worden afgebroken. Het doel van deze module is
om dieper op de dissimilatie in te gaan en alle stappen en gevormde stoffen te bekijken.
ORIËNTATIE
Hoofdvraag-deelvragen
Hoofdvraag: Hoe voorziet een heterotrofe cel in zijn energiebehoefte?
Deelvragen:







Wat is de chemische structuur van glucose?
Welke drie atomen zijn de bouwstenen van glucose?
Wat is dissimilatie?
Wat is ATP en welke rol speelt deze stof in de energiehuishouding van de cel?
Wat zijn NADH, FAD en NADPH en welke rol spelen deze stoffen in de dissimilatie van glucose?
Uit welke fasen bestaat de dissimilatie van glucose?
In welke celstructuren wordt glucose gedissimileerd?
Voorkennis
Voor je start met deze opdracht heb je voorkennis nodig van enkele onderwerpen die bij
scheikunde worden behandeld.
HAVO/VWO
Aangeven wat wordt verstaan onder:
-
-
een element als atoomsoort;
een element als niet-ontleedbare stof;
eet symbool geven van de volgende elementen als de naam is gegeven en omgekeerd en
aangeven of het desbetreffende element een metaal is of een niet-metaal: waterstof, koolstof,
stikstof, zuurstof, zwavel en fosfor.
kennis over koolstofchemie, de vorming van koolwaterstoffen en de covalentie van koolstof,
waterstof en zuurstof.”
Een katalysator als versneller van reacties.
VWO
- kennis van het begrip “elektron”
Eindtermen
Eindtermen biologie
HAVO
Subdomein B2: Cellen van planten en dieren
13.
De kandidaat kan cellen en delen van cellen herkennen en de functies benoemen, en
daarbij de relatie leggen met hogere organisatieniveaus.
Subdomein D2: Stofwisseling van cellen
18.
De kandidaat kan verschillende assimilatie- en dissimilatieprocessen onderscheiden en in
verband brengen met verschillende organisatieniveaus, kan aangeven welke factoren
daarop van invloed zijn, en kan de toepassing in biotechnologie bespreken.
VWO
Subdomein B2: Cellen van planten en dieren
10.
De kandidaat kan cellen en delen van cellen herkennen en de functies benoemen, en
daarbij de relatie leggen met hogere organisatieniveaus.
Subdomein D2: Metabolisme van planten
15.
De kandidaat kan aangeven hoe organen, weefsels en cellen van planten betrokken zijn
bij opname, verwerking, transport en opslag van stoffen, en factoren bespreken die
daarop van invloed zijn.
Subdomein D4: Celprocessen
17.
De kandidaat kan verschillende celprocessen, onder andere assimilatie- en
dissimilatieprocessen, onderscheiden en in verband brengen met verschillende
organisatieniveaus, en aangeven welke factoren daarop van invloed zijn.
Kernbegrippen
koolstofkringloop, ATP, enzymen, assimilatie, dissimilatie, energie, glucose
Eindproduct
Een diagram met daarin in kleur aangegeven waar de energieopbrengst van de dissimilatie van glucose
vandaan komt.
Beoordelingseisen
In het diagram moet zichtbaar zijn:

De structuur van het startmolecuul, glucose, in zwart getekend.

De loop van de drie chemische processen waarin de afbraak van glucose wordt opgedeeld, in zwart.
Daarbij moeten de eerste twee processen bestaan uit de op elkaar volgende structuurveranderingen
van het glucosemolecuul totdat het oorspronkelijke molecuul geheel verdwenen is. Acetyl-CoA hoeft
niet zichtbaar te zijn als aparte structuur.
Het derde en laatste deel moet een tekening zijn van het besproken proces.

In alle
o
o
o
o
o
o

Het chemische proces dat wordt gevolgd door een anaeroob dissimilerend organisme, in oranje.
drie de delen en alle structuren moeten zichtbaar zijn:
Afgesplitste watermoleculen, in lichtblauw.
Zuurstofatomen, in rood.
Waterstofatomen, in lichtgrijs.
De verschillende afgesplitste ATP moleculen, in groen.
De gebruikte elektronendragers, in geel.
Losse elektronen, in bruin.
Daarnaast moet het diagram natuurlijk verzorgd en duidelijk uitgevoerd zijn.
WERKWIJZER
Vooraf
Je werkt in duo’s.
Benodigdheden





Drie blanco pagina’s op A3-formaat.
Plakband en/of een lijmstift.
Een PC met internetverbinding.
Een Binasboekje.
Een set kleurpotloden of –stiften, met de kleuren zwart, (licht)blauw, rood, groen,
geel, (licht)grijs, bruin.
Tijd
Voor de opdracht heb je ongeveer 4-5 uur nodig (per leerling). Deze uren gebruik je
vooral voor de stappen waarin je informatie verkrijgt voor het maken van het
eindproduct (Stappen 1 tot en met 6), waarna je ongeveer één tot twee uur overhoud
om met zijn tweeën aan het eindproduct te werken
Stappenplan
Stap 1 – Brandstof
Bekijk de hyperlinks bij deze stap (zie BRONNEN) en zoek de structuur op van glucose.
1. Waar wordt glucose gevormd?
2. Waarom wordt dit suiker een monosaccharide genoemd?
3. Welke drie atomen zijn de bouwstenen voor alle koolhydraten?
Stap 2 – Energie in de cel
Bekijk 9.1.1 Cel en stofwisseling van de Kennisbank Biologie en beantwoord daarna de
volgende vragen:
4. Wat is dissimilatie en waartoe dienen de reacties die worden uitgevoerd door de
cel?
Bekijk ook 9.5.1 Enzymen in de biotechnologie en de andere link (zie BRONNEN) bij
deze stap.
5. Wat is de rol van enzymen in het dissimilatieproces?
Stap 3 - ATP
Bekijk 9.2.2 ATP en beantwoord de volgende vragen:
6. Waarvoor staat de afkorting ATP?
7. Wat is de functie van ATP in de cel?
8. In welk deel van de chemische structuur ligt de energie vastgelegd?
Stap 4 – De glycolyse
Bekijk de hyperlink bij deze stap (zie BRONNEN) en ook BINAS tabel 68B. Beantwoord
daarna de volgende vragen:
9. Bekijk eerst de koppen boven tabellen 68C en D. Uit welke drie fasen bestaat de
dissimilatie van glucose?
10. Hoeveel ATP-moleculen worden er gebruikt om de eerste stap van fase 1 door te
komen (het dissimilatieproces tot aan fructose-1,6-difosfaat)?
11. Hoeveel ATP-moleculen worden er in het tweede deel van deze fase per
glucosemolecuul gewonnen?
12. In dit tweede deel wordt ook een ander soort molecuul gebruikt: NADH,H+. Dit
molecuul wordt ook wel aangeduid als transportmolecuul.
a. Wat transporteert het?
b. Waarheen wordt deze lading getransporteerd? Noem zowel de structuur in
de cel als de naam van de fase van dissimilatie.
13. Noem het eindproduct van de glycolyse onder aerobe omstandigheden – noem
ook de twee mogelijke eindproducten als er géén zuurstof aanwezig is, ofwel
onder anaerobe omstandigheden.
Stap 5 – De citroenzuurcyclus
Bekijk de hyperlink bij deze stap (zie BRONNEN) en ook BINAS tabel 68C. Doorloop de
cyclus enkele keren in gedachten en beantwoord dan de bijbehorende vragen.
14. Welke stoffen worden er gevormd tijdens de citroenzuurcyclus die van belang zijn
voor de laatste fase van de aerobe dissimilatie?
15. Welke stof is het “afvalproduct” van deze fase van de dissimilatie?
16. Het woord “cyclus” betekent dat een proces zich blijft herhalen. De
citroenzuurcyclus heet natuurlijk niet voor niets zo – Omdat het proces uit fase 1
door blijft gaan, kan ook fase 2 door blijven lopen. Geef de naam van de stof die
gevormd zou worden als fase 1 zou stoppen en Acetyl CoA niet meer in staat zou
zijn om de citroenzuurcyclus te voorzien van pyrodruivensuiker.
Stap 6 – De eindoxidatie
Bekijk de hyperlink bij deze stap (zie BRONNEN) en beantwoord met behulp van BINAS
tabel 68D de vragen.
17. In welk organel vind deze laatste fase van de aerobe dissimilatie plaats?
18. In dit organel wordt een waterstofgradiënt opgezet – dat wil zeggen dat aan één
kant van een scheiding een veel hogere concentratie waterstof is dan aan de
andere kant. Waarvoor wordt deze gradiënt gebruikt?
19. Om de gradiënt op te bouwen, moeten eiwitpompen in de membraan aan het
werk. Zij moeten aangedreven worden en er moet iets zijn om te pompen. Waar
halen zij zowel de waterstof (om naar binnen te pompen) als de energie vandaan?
20. Aan het eind van deze fase moeten de afvalstoffen weggevangen worden. Zou dat
niet gebeuren, dan zou de gradiënt langzaam verdwijnen en dan zou er geen
energie meer kunnen worden gewonnen uit glucose. Kortom: de cel zou sterven.
In dit geval betekent dat elektronen en waterstof de cel uitgevoerd moeten
worden. Welke stof wordt gebruikt om deze twee aan zich te binden en wat is de
naam van het molecuul dat vervolgens de cel verlaat?
21. Leg uit waarom veel organismen niet kunnen leven in zuurstofarme of
zuurstofloze omstandigheden.
22. Sommige organismen, zoals gisten, kunnen dit juist wel. Toch zitten zij met
hetzelfde probleem als aeroob levende organismen; zij moeten óók hun
elektronen en waterstof kwijt. Daarbij worden twee stoffen gevormd die dodelijk
zijn voor de cel in te hoge concentraties. Noem deze stoffen.
Stap 7 – Het diagram
Plak de blanco A3-vellen met de korte kanten aan elkaar vast, zodat er een lint ontstaat.
Leg dit lint verticaal voor jullie neer. Start aan de bovenkant met het uitschrijven van de
glycolyse, gevolgd door de citroenzuurcyclus. Eindig onder aan de laatste pagina met een
tekening van de oxidatieve fosforylering.
Maak het eindproduct op de manier zoals hiervoor onder de kop ‘EINDPRODUCT‘ is
aangegeven.
KENNISBANK
StudioBiologie, waarin:
9.1.1 Cel en stofwisseling
9.5.1 Enzymen in de biotechnologie
9.2.2 ATP
BRONNEN
Hyperlinks
Voor stap 1
Diabetesfederatie: over glucose en koolhydraten
Wikipedia pagina over monosachariden
Voor stap 2
Definitie van het woord "enzym
Voor stap 4
Bioplek pagina over de glycolyse
Voor stap 5
Bioplek pagina over de citroenzuurcyclus
Wikipedia pagina over Acetyl-CoA
Voor stap 6
Bioplek pagina over de oxidatieve fosforylering
Literatuur
BINAS (CEVO, 5e druk, 2008) tabellen 68A-D