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

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