Biochemie 2 samenvatting Hoofdstuk 15: Vrije energie ΔG Gibbs free energy ΔG Gibbs free energy onder standaard condities 1M ΔG ΔG met H + concentratie van 1x10 7 M (ph = 7) ( [ ] [ ] [ ] [ ] ) R = 8.31 J mol -1 K -1 F(Faraday) = 96.485 KJ V -1 mol -1 T = Absolute temperatuur in K ΔE = Verschil in Voltage n = Mol elektronen getransporteerd Oxidatie Het verlies van een elektron Reductie De opname van een elektron Stofje dat e - Verliest Reductor Stofje dat e - opneemt Oxidator Staat: Gereduceerd Goxideerd Geoxideerd Gereduceerd Malaat + NAD + Oxyloacetaat + NADH + H + Type: Reductor Oxidator Hoofdstuk 16: Koolhydraten Suiker moleculen kunnen een Aldose of Ketose zijn. Suiker moleculen hebben Isomeren, dit zijn spiegelbeelden van het molecuul. Zo n spiegelbeeld heet een enantiomeer. In de natuur komen suikermoleculen voor als cirkel, te zien met een Haworth projectie. Een 5-ring heet een Furanose en een 6-ring een Pyranose. In suiker moleculen zijn er twee mogelijkheden, D- of L- suikers, dit is te zien in Fischer projecties. Bij D-suikers staat de OH groep van het laatste chirale C atoom de rechter kant op bij L-Suikers de linkerkant. Als de suiker een ring vorm heeft zijn er ook 2 manieren, te zien in Haworth projectie, de α- en ß- vorm. Bij de α-vorm staat de OH groep naar onderen en bij de ß-vorm staat de OH groep naar Boven. (ß (bèta) = Boven). Een belangrijk derivaat van suikers zijn aminosuikers. ß-D-Glucose Haworth Projectie D-Glucose Fischer projectie
Hoofdstuk 17: Glycolyse In de ETK maken elektronen dragers ATP: 1 NADH 2.5 ATP 1 FADH 2 1.5 ATP 1 GTP 1 ATP De glycolyse is de eerste stap voor het verbranden van suikers en vetten, zie H20. Het eindproduct van de glycolyse is pyruvaat. In het begin van de glycolyse wordt Glucose geactiveerd, dit kost 2 ATP. Door de hele glycolyse wordt 4 ATP gemaakt en 2 NADH, dat verder gebruikt wordt in de ETK. Netto wordt door de glycolyse dus 4-2=2 ATP en 2.5x2=5 ATP gemaakt. Het eindproduct pyruvaat heeft drie mogelijke wegen om te gebruiken voor energie: - Anaerobische glycolyse, het reduceren tot Lactaat. - Anaerboische fermentatie, het reduceren tot Ethanol + CO 2 - Aerobische oxidatie, de citroenzuur cyclus De stappen om van glucose pyruvaat te maken zijn als volgt: 1 Fosforylatie (kinase) Glucose + ATP Glucose-6-fosfaat + ADP 2 Isomerisatie (isomerase) Glucose-6-fosfaat Fructose-6-fosfaat 3 Fosforylatie (kinase) Fructose-6-fosfaat + ATP Fructose-1,6-bisfosfaat + ADP 4 Knippen (aldolase) Fructose-1,6-bisfosfaat Dihydroxyacetonfosfaat Glyceraldehyde-3-fosfaat 5 Isomerisatie (isomerase) Dihydroxyacetonfosfaat Glyceraldehyde-3-fosfaat 6 Dehydratie (dehydrogenase) 2 Glyceraldehyde-3-f + 2 NAD + 2 1,3bisfosfoglyceraat + 2 NADH 7 Fosforilatie (kinase) 2 1,3-bisfosfoglyceraat + 2ADP 2 3-fosfoglyceraat + 2ATP 8 Veranderen (mutase) 2 3-fosfoglyceraat 2 2-fosfoglyceraat 9 Dehydratatie (enolase) 2 2-fosfoglyceraat 2 fosfoenolpyruvaat (PEP) 10 Fosforylatie (kinase) 2 fosfoenolpyruvaat +2 ADP 2 pyruvaat + 2 ATP
Hoofdstuk 18: Opslag koolhydraten Als opslag van glucose wordt in planten zetmeel gebruikt, in dieren en mensen is dit glycogeen. Glycogeen is een polysacharide van glucose moleculen met α-1,4 of α-1,6 bindingen. De energie om dit te maken komt van Uridine Trifosfaat (TPP) in plaats van ATP. Pyruvaat kan ook omgezet worden in glucose, dit is niet het exact omgekeerde van de glycolyse. Biotine is een drager voor CO 2 dat er voor zorgt dat pyruvaat omgezet wordt in oxaalazijnzuur (oxaloacetate). Oxaalazijnzuur kan weer omgezet worden in fosfoenolpyruvaat (PEP). Het opbouwen van glucose heet glucogenesis. Fructose-1,6-bisfosfaat is een allosterische activator voor fosfofructokinase en een inhibitor voor bisfosfaat fosfatase. Dit zorgt er voor dat de glycolyse geactiveerd wordt en glucogenesis gedeactiveerd. Hoofdstuk 19: Citroenzuur cyclus In de citroenzuur cyclus wordt pyruvaat verder geoxideerd onder aerobe omstandigheden. Door het pyruvaat dehydrogenase complex wordt er van pyruvaat een CO 2 afgebroken en een NADH gemaakt. Pyruvaat + CoA-SH + NAD + Acetyl-CoA + CO 2 + H + + NADH Doordat deze reactie exergonisch is ontstaat er NADH dat weer gebruikt kan worden in de ETK om 2.5 ATP te maken. Stappen van het pyruvaat dehydrogenase complex: 1 Pyruvaat wordt omgezet in CO 2 en Acetyl-CoA door een dehydrogenase 2 Het covalent binden van de acetyl groep aan lipoic acid door dihydrolipoyl transacetylase. Deze binding heet een thiol ester. 3 Deze stap wordt ook door dihydrolipoyl transacetylase gekataliseerd. CoA-SH valt de thiol ester aan en de acetyl groep bindt er aan. De gereduceerde vorm van lipoic acid blijft aan het enzym zitten. 4 Het coenzym FAD oxideerd de S-H bindingen tot S-S bindingen FAD wordt daarna geoxideerd door NAD + om NADH te maken. Stappen van de citroenzuur cyclus: 1. Condensatie reactie tussen Acetyl-CoA en Oxaloacetaat, hierdoor ontstaat er Citryl-CoA. Citraat synthase hydrolyseerd Citryl-CoA in citraat en CoA-SH. 2. Isomerisatie van citraat naar isocitraat door aconitase. 3. Isocitraat wordt gedehydrolyseerd door een dehydrogenase en er wordt een NADH gevormd. Het stofje heet nu Ocalosuccinaat, dit stofje wordt gedecarboxileerd tot α-ketogluteraat. 4. α-ketogluteraat en CoA-SH maken samen Succinyl-CoA en CO 2, er komt 1 NADH vrij. Deze reactie wordt gekatalyseerd door het α-ketogluteraat dehydrogenase complex.
5. Succinyl-CoA wordt omgezet naar Succinaat en CoA-SH, hierbij ontstaat een GTP uit GDP en Pi. De energie om GTP te maken komt uit de hydrolyse van Succinyl-CoA. 6. Succinaat wordt geoxideerd naar fumaraat door succinaat dehydrogenase. Hierbij wordt FADH 2 gevormd. 7. Fumaraat wordt gehydroliseerd tot L-Malaat door Fumerase. 8. L-Malaat wordt geoxideerd tot Oxaloacetaat door malaat dehydrogenase en er ontstaat een NADH. De totaal reactie van de citroenzuur cyclus ziet er als volgt uit: Pyruvaat + 4 NAD + + FAD + + GDP + Pi + 2 H 2 O 3 CO 2 + 4 NADH + FADH 2 + GTP + 4H + Uiteindelijke ATP productie van 1 pyruvaat: 4 NADH 10 ATP 1 FADH 2 1.5 ATP 1 GTP ATP 12.5 ATP per pyruvaat molecuul, uit glucose komen 2 pyruvaat moleculen dus 25 ATP per glucose. Hoofdstuk 20: Elektronen Transport Keten De ETK, Elektronen Transport Keten, bestaat uit verschillende complexen: Complex 1: NADH-CoQ oxidoreductase Complex 2: Succinaat-CoQ oxidoreductase Complex 3: CoQH 2 -Cytochroom-c oxidoreductase (Q-cyclus) Complex 4: Cytochroom c oxidase Complex 1: In complex 1 draagt NADH-CoQ oxidoreductase elektronen van NADH over naar CoQ. Het overdragen van elektronen gebeurt in stappen. De eerste stap is het overdragen van een elektron naar FMN (flavoprotein). Vanaf hier oxideerd Fe-S de FMN weer, en de gereduceerde vorm van Fe-S protein doneert zijn elektron naar CoQ wat CoQH 2 wordt. In dit complex worden 2 protonen gepompt. Complex2: In deze stap kataliseerd Succinaat-CoQ oxidoreductase elektronen overdracht van Succinaat naar FMN. FMN wordt weer gereduceerd door Fe-S protein en deze reduceerd weer door elektronen door te geven naar CoQ wat CoQH 2 wordt. In dit complex worden 2 protonen gepompt. LET OP: Complex 1 en 2 lijken erg op elkaar, het verschil is dat Complex 1 gebruikt maakt van NADH en complex 2 van Succinaat. Complex 3: CoQH 2 -Cytochroom-c oxidoreductase kataliseerd de oxidatie van CoQH 2. Cytochromen en Fe-S proteinen kunnen alleen elektronen overdragen, geen protonen. De eerste elektron wordt overgedragen van CoQH 2 naar Fe-S, waarna Fe-S weer geoxideerd wordt door Cyt c 1. CoQ - is nu een semichionen anion. Dit gebeurt 2x, er ontstaan dus 2 CoQ - moleculen. De twee CoQ - moleculen reageren samen en er ontstaat een CoQ molekuul en een CoQH 2 molekuul.
Complex 4: Cytochroom c oxidase katalyseert de laatste stap van de ETK, de overdracht van elektronen van cyt c naar O 2. Dit gebeurt doordat Cytochroom a, cytochroom b oxideerd. De elektronen van cyt a worden overgebacht naar C 2+ waarna Cyt a 3 deze weer oxideerd. Als laatste stap worden de elektronen overgedragen naar ½ O 2. Het verschil tussen elektronen dragers als NADH of FMN en Cytochromen is dat de cytochromen in allerlei soorten organismen te vinden is. Alle cytochromen hebben een Heem (Fe) groep en zijn te vinden in de mitochrondriën of Endoplasmatisch riticulum. De fosforilatie van ADP naar ATP kost 30.5 KJ. Deze reactie wordt gekataliseerd door het eiwit ATP Synthase (ATPase). Dit is een eiwit van de mitochondriën die door het hele membraan te vinden is. Dit proces kan stop worden gezet door ontkoppelaars, een bekende is 2,4-dinitrofenol of antibiotica als valinomicine. Alleen de ATPase stopt met werken, de ETK gaat gewoon door. Een term genoemd P/O ratio wordt gebruikt om de ratio van gebruikte fosfor (P) tegenover zuurstof (O). Van NADH is deze ratio 2.5 en FADH 2 is deze 1.5. De ontkoppelaars als dinitrofenol werken door elektronen op te nemen. Zelf is dinitrofenol een zuur, de geconjugeerde base neemt de protonen op. Hierdoor verlaagt de [H + ] en dus de ph. Antibioticum ontkoppelaars werken als ionophores, ionen uitwisselaars. Deze molekulen zorgen ervoor dat ionen vrij over het membraan kunnen. Zo verlaagt het verschil in [H + ] gradiënt. Hoofdstuk 21: vetverbranding Lipiden als triglyceriden en fosfoacylglycerolen zijn de hoofdopslag van chemische energie in het lichaam. Maar lipiden als sterolen worden gewoon uitgescheiden en niet gekataboliseerd. Het katabolisme van vetten wordt gedaan door lipases en fosfolipases. In gif van slangen en spinnen zijn deze eiwitten vaak ook te vinden, deze zorgen voor weefsel schade. Het activeren voor het katabolisme van vetten gebeurt door hormonen als Adrenaline en door caffeïne. De stappen van vetzuur oxidatie: Stap 1: De vetzuur oxidatie begint met activatie van het vetzuur. De carboxyl groep van de vetzuur maakt een thioester met CoA-SH. Dit vormt samen Acetyl-CoA. Het enzym dat dit kataliseerd heet acetyl-coa synthethase. De activatie vindt plaats in het cytosol van de cel, de rest vindt plaats binnen de mitochondriën. Het activeren van een vetzuur kost 2 Pi, dit wordt van 1 ATP molecuul gehaalt. ATP wordt dus AMP. Stap 2: Acetyl-CoA kan wel over het buiten membraan van een mitochondrion maar niet over het binnenmembraan. Om over het binnen membraan te gaan wordt de acetyl groep overgedragen naar carnitine door carnitine acetyl transferase. Dit enzym heeft een specifieke grote van vetzuur nodig, tussen de 14 en 18 C atomen. Acetyl-Carnitine wordt over het binnen membraan gehaalt door Carnitine-Translocase. Hier wordt ook de acetyl groep weer overgedragen op CoA-SH van de inner matrix.
In het binnen matrix van de mitochondrion vindt ß-oxidatie plaats, de volgende stappen zijn van het proces ß-Oxidatie. Stap 3: Acetyl-CoA wordt geoxideerd tot α-ß-onverzadigd acetyl-coa (ß-enyl-CoA) met trans vorm tussen dubbele bindingen. Dit wordt gekataliseerd door acetyl-coa dehydrogenase en er ontstaat 1 FADH 2 molecuul. Stap 4: ß-enyl-CoA wordt gehydrateerd tot ß-hydroxyacyl-CoA door enoyl-coa hydratase. Stap 5: ß-hydroxyacyl-CoA wordt geoxideerd door ß-hydroxyacyl-CoA dehydrogenase en maakt 1 NADH molekuul en ß-ketoacyl-CoA. Stap 6: ß-ketoacyl-CoA wordt door thiolase omgezet tot Acyl-CoA en Acetyl-CoA. Het aantal Acetyl-Coa gemaakt is gelijk aan de helft van de C moleculen in het vetzuur dat door de ß-Oxidatie is gegaan. De Acetyl-CoA moleculen worden verder geoxideerd in de citroenzuur cyclus. De ATP gegenereerd bij een vetzuur is niet alleen in de ß-Oxidase maar ook in de citroenzuur cyclus en oxidatieve fosforylatie. Stel: Een molecuul met 18 C atomen wordt geheel verbrandt. Met behulp van de ß-Oxidatie ontstaan er 8 FADH 2, 8 NADH en 9 Acetyl-CoA atomen. Voor elke Acetyl-CoA wordt in de krebs cyclus 1 FADH 2, 3NADH en 1 GTP gemaakt. In totaal worden er 17 FADH 2, 35 NADH en 9 GTP moleculen gemaakt. FADH 2 en NADH worden weer gebruikt in de ETK om ATP te maken: 17 FADH 2 25.5ATP 35 NADH 87.5 ATP 9 GTP 9 ATP In totaal worden er 122 ATP moleculen gemaakt van één vetzuur met 18 C atomen. Maar voor het activeren van het vetzuur worden twee Pi moleculen gebruikt, dit staat gelijk aan 2 ATP. Uiteindelijk worden er in totaal 120 ATP atomen uit een vetzuur met 18 C atomen gehaald. Stofjes gerelateerd aan aceton, keton lichaampjes, worden geproduceerd als er een overschot Acetyl-CoA ontstaat. Dit betekend dat er te weinig Oxaloacetaat is uit de glycolyse om mee te reageren. Keton lichaampjes worden geproduceerd door 2 acetyl-coa te laten reageren tot Acetoacetyl-CoA. Acetoacetaat wordt weer geproduceerd door acetoacetyl-coa te laten condenseren met Acetyl-CoA. Dit vormt ß-hydroxyl-ß-methylglutaryl-CoA (HMG-CoA). HMG-CoA lyase creëert dan acetoacetaat. Met dit stofje kan 2 dingen gebeuren. Een reductie reactie kan ß-hydroxybutyraat maken of er gebeurt een spontane decarboxylatie tot aceton, wat vaak gebeurt bij mensen met diabetus.