ROL VAN ENZYMEN BIJ STOFWISSELINGS-PROCESSEN Thema 4 ROL VAN ENZYMEN BIJ STOFWISSELINGS-PROCESSEN DEEL 2 Stof- en energieomzettingen in cellen

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 stofwisselingsreacties 2.1 Anabole reacties 2.2 Katabole reacties Soorten stofwisselingsreacties 2 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 3.1 Enzymen katalyseren chemische reacties 3.2 Structuur en werking van enzymen 3.3 Naamgeving voor enzymen 3.4 Eigenschappen van enzymen

3 3.5 Factoren die de snelheid van een Enzymen 3 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 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. Botsingstheorie: een reactie treedt op als: deeltjes voldoende hevig met elkaar botsen (temperatuur, kinetische energie) deeltjes op gepaste wijze (richting, positie) met elkaar botsen

Driedimensionale structuur katalase 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 Uitzonderingen: pepsine, ptyaline en pancreatine substraat naam van het enzym amylum (zetmeel) amylase lactose (melksuiker) lactase lipide lipase Peptide (aminozuurketen) peptidasen

niet-specifiek substraat Reactie bij specifiek substraat 3.4 Eigenschappen van enzymen 3.4.1 Enzymen zijn substraatspecifiek Actief centrum specifiek gebouwd Substraatspecifiek: sleutel-slotprincipe Geen reactie bij niet-specifiek substraat Reactie bij 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 glucosefosfaat Enzymen zijn reactiespecifiek

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

Invloed enzymconcentratie op reactiesnelheid 3.5.2 Concentratie van het enzym concentratie enzym dan reactiesnelheid voorwaarde: voldoende substraat Reactiesnelheid v 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

pH-optimum van amylase is pH = 7 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

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 twaalfvingerige- darmholte 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 pH-wijzingen in de twaalfvingerige darm

Verschil endo- en exopeptidasen Hydrolyse lipiden door lipase

Emulgerende werking van galzouten 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