Celstofwisseling II (COO 5) Vragen bij deoefen- en zelftoets-module behorende bij hoofdstuk 9 en 10 van Biology, Campbell, 8 e druk Versie

Transcriptie

1 Celstofwisseling II (COO 5) Vragen bij deoefen- en zelftoets-module behorende bij hoofdstuk 9 en 10 van Biology, Campbell, 8 e druk Versie 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 FADH 2. 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 O 2 in kleine deelstappen, waardoor de energie in kleine porties vrijkomt. Wat is het voordeel hiervan? 1

2 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 actie Redoxpotentiaal (E 0 in mv) 1 staat twee elektronen af zorgt ervoor dat NADH twee elektronen afstaat en één of meer protonen door de membraan gepompt worden. transporteert de elektronen door de membraan naar complex 4. pompt weer één of meer protonen naar de tussenmembraanruimte. transporteert de elektronen door de membraan naar complex 6. pompt een proton naar de tussenmembraanruimte en zorgt voor de vorming van water. 8. Het flavoproteïne dat de elektronen overneemt van FADH 2 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

3 9. De elektronen van FADH 2 wekken ook energie op waarmee protonen uit de matrix gepompt worden. Worden met de elektronen van FADH 2 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 F 0 -deel en een F 1 -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

4 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. FADH 2 levert net als NADH 2 elektronen aan de elektronentransportketen. Hoeveel moleculen ATP in het cytoplasma levert één molecuul FADH 2 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

5 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. Geef de formule voor het berekenen van de energie-inhoud van straling. E = B. Welk foton heeft de grootste energie-inhoud, een foton met een golflengte van 400 nm, of een foton met een golflengte van 700 nm? 5

6 C. Wat is de eenheid voor de energie-inhoud die met deze formule wordt berekend? D. Bereken de energie-inhoud van een halve mol fotonen met een golflengte van 400 nm. 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: nm: nm: 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? 6

7 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? 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. Er zijn bij planten meerdere pigmenten verantwoordelijk voor de fotosynthese. Om erachter te komen welke pigmenten dat zijn, worden ze uit de alg van Engelmans proef geïsoleerd. Er worden drie pigmenten gevonden, waarvan de absorptiespectra worden bepaald. Deze absorptiespectra vormen samen het actiespectrum voor de fotosynthese. Chlorofyl (a en b) speelt een belangrijke rol. A. Stel, we doen dezelfde proef bij een rode kool. Verwacht je hier ook chlorofyl aan te treffen? B. De rode kleurstof in rode kool heet anthocyaan, en bevindt zich op een andere plaats in de cel dan het chlorofyl. Verwacht je dat anthocyaan meedoet aan de fotosynthese? 23. Fotosynthese vindt plaats in de bladcellen. A. Hoe heten de organellen die daarbij betrokken zijn? B. Benoem de structuren in deze figuur. Fotosynthese 7

8 24. 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? 25. Geïsoleerde grana worden gebruikt om ATP te produceren. Wat is de drijvende kracht voor de productie van ATP? 26. 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? 27. Dit is een schema van de reacties die in de chloroplast plaatsvinden. Vul de ontbrekende stoffen in. 8

9 28. 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? 29. Hoe geeft het cytochroomcomplex de energie van de elektronenstroom door? 30. 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? 31. In dit schema van de Calvin-cyclus zie je de verbruikte energie aangegeven. A. Hoeveel moleculen CO 2 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