1. Energy Flow in the Life of a Cell Hoofdstuk 06 2010/2011

2. energie Deel 1 2

3. Energiestromen energie energie energie 3

4. Energiestromen Leven is gebaseerd op chemischereacties Het transformeren van energie van de enevorm in de anderevorm organischestoffen ATP & organischestoffen zon OrganischestoffenATP & organischestoffen zonne-energieATP & organischestoffen 4

5. Metabolisme Chemischereacties van het leven Vormen van bindingentussenmoleculen condensatiereactie synthese anabolereacties Breken van bindingentussenmoleculen hydrolyse vertering katabolereacties 5

7. hydrolyse (vertering)6

8. Chemischereacties& energie Sommigechemischereactiesgevenenergie exergoon verteren van polymeren hydrolyse= katabolisme Sommigechemischereactieskostenenergie endergoon bouwen van polymeren condensatie= anabolisme 7

10. synthese8

11. Energie& leven Organismenhebbenenergienodigomteleven waarkomtdezeenergievandaan? koppelen van exergonereacties (energiekomtvrij) met endergonereacties (energienodig) energie + + vertering ATP synthese energie + + 9

12. atp Deel 2 10

13. ATP 11 Adenosine TriFosfaat aangepaste nucleotide nucleotide =adenine + ribose + Pi AMP AMP + Pi ADP ADP + Pi ATP toevoegen van fosfatenis endergoon

14. Hoe slaat ATP energie op? 12 O– O– O– O– O– O– O– O– P P P P P P P P O– –O O– –O O– –O O– –O O– –O O– –O O– –O O– –O O O O O O O O O ADP ATP AMP ElkevolgendenegatievePO4is moeilijker toe tevoegen veelenergieopgeslagen in elke binding de meesteenergie zit in de 3e Pi Binding van negatievePi groepenzijnonstabiel Pi groepenlatenmakkelijk los & latenenergievrij

15. How draagtATP energie over? 13 O– O– O– O– P P P P O– –O O– –O O– –O O– –O O O O O 7.3 kcal/mol + ADP ATP ATP  ADP energiekomtvrij ∆G = -7.3 kcal/mol Brandstofvooranderereacties

16. ATP / ADP cyclus ATP kannietopgeslagenworden goedeenergie donor, maarnietgeschiktvooropslag tereactief alleenkortetermijnopslag koolhydraten en vettenvoorlangetermijnopslag 14

17. enzymen Deel 3 15

18. Watstuurtreacties? Alsreacties“downhill” verlopen, waaromgebeurenzedannietspontaan? covalentebindingenzijnstabielebindingen zetmeel 16

19. Activeringsenergie Het afbreken van grotemoleculenvereist het toevoegen van energie activeringsenergie grotemoleculenzijnstabiel moetenenergieabsorberenombindingenteverbreken energie cellulose CO2 + H2O +warmte 17

20. Teveelactiveringsenergie Activeringsenergie hoeveelheidenergie die nodig is omeenatoombindingtedestabiliseren duwt de reactie over de “energieheuvel” glucose 18

21. Verminderen van activeringsenergie Katalysator vermindert de activeringsenergie zonderkatalysator met katalysator NIEUWE activeringsenergie reactant product 19

22. Katalysatoren Watmoeteenceldoenom de activeringsenergieteverlagen? enzymen G 20

23. Enzymen Biologische katalysator eiwitten maken chemische reacties mogelijk verhogen reactiesnelheid zonder verbruikt te worden verlagen activeringsenergie noodzakelijk voor de meester biologische reacties zeer specifiek duizenden verschillende enzymen in de cel 21

24. Terminologie substraat reactant die aan het enzymbindt enzym-substraatcomplex: tijdelijkeverbinding product resultaat van de reactie actievezijde hierbindt het substraataan het enzym actievezijde product substraat enzym 22

25. Eigenschappen van enzymen Specifiek elk enzymheefteenspecifieksubstraat Nietverbruikt in de reactie eenenzymmolecuulkanduizendenreacties per secondekatalyseren Onderinvloed van omstandigheden in de cel factoren die de structuur van eeneiwitbeïnvloeden temperatuur, pH, saliniteit 23

26. Naamgeving Enzymenvernoemdnaar de reactie die zekatalyseren sucrasebreekt sucrose af proteasenbrekeneiwittenaf lipasenbrekenvettenaf DNA polymerase bouwtDNA 24

27. Sleutel en slot model Gesimplificeerd model van enzymwerking substraat past in de 3-D structuur van de actievezijde van eenenzym “sleutel past in het slot” 25

28. Hoe werkteenenzym? Verschillendemechanismenverlagen de activeringsenergie en versnellen de reactie synthese actievezijdepositioneertsubstratenin de juistepositievooreenreactie enzymbrengtsubstratendichterbijelkaar vertering actievezijdebindtsubstraten en oefentdrukuitop de bindingen die verbrokenmoetenworden 26

29. Regulerenenzymwerking Enzymconcentratie Substraatconcentratie Temperatuur pH Saliniteit Activator Inhibitor katalase 27

30. Enzymconcentratie reactiesnelheid enzymconcentratie 28

31. Regulerenenzymwerking Enzymconcentratie enzym = reactiesnelheid meerenzym= meerinteractie met substraat reactiesnelheidneemtuiteindelijknietmeer toe substraat is de limiterende factor nietalleenzymmoleculenvindeneensubstraat reactiesnelheid enzymconcentratie 29

32. Substraatconcentratie reactiesnelheid substraatconcentratie 30

33. Regulerenenzymwerking Substraatconcentratie substraat = reactiesnelheid meersubstraat= meerinteractie met enzym reactiesnelheidneemtuiteindelijknietmeer toe alleenzymenzijngebondenaansubstraat maximalereactiesnelheid reactiesnelheid substraatconcentratie 31

34. 37° Temperatuur reactiesnelheid temperatuur 32

35. Regulerenenzymwerking Temperatuur Optimum T° grootsteaantalbotsingentussenenzym en substraat menselijkeenzymen= 35°- 40°C lichaamstemperatuur= 37°C Warmte: stijgingboven optimum T° meerenergieleidt op moleculairniveau tot verstoren van bindingen van enzymen en tussenenzymen en substraat denaturatie = verlies 3D vorm (tertiairestructuur) Kou: dalingonder optimum T° moleculenbewegenlangzamer minder botsingentussenenzym en substraat 33

36. Enzymen en temperatuur 37°C 70°C Verschillendeenzymenfunctionerenin verschillendeorganismenbijverschillendetemperaturen enzymbacteriewarmwaterbron enzymmens reactiesneleid temperatuur 34

37. Ectotherm 35

38. pH pepsine trypsine pepsine reactiesnelheid trypsine 7 2 0 1 3 4 5 6 8 9 10 11 12 13 14 pH 36

39. Regulerenenzymwerking pH veranderingen in pH toevoegen of verwijderen van H+ verstoortbindingen, verstoort3D vorm verstoortaantrekkingtussengeladenaminozuren beïnvloedt2° & 3° structuur denaturatie van het eiwit optimalepH? voor de meesteenzymen van de mens= pH 6-8 afhankelijk van lokaleomstandigheden pepsine (maag) = pH 2-3 trypsine (dunnedarm) = pH 8 7 2 0 1 3 4 5 6 8 9 10 11 37

40. Saliniteit reactiesnelheid zoutconcentratie 38

41. Regulerenenzymwerking Zoutconcentratie veranderingen in saliniteit toevoegen of verwijderen van kationen(+) & anionen(–) verstoortbindingen, verstoort 3D vorm verstoortaantrekkingtussengeladenaminozuren beïnvloedt 2° & 3° structuur denaturatie van het eiwit enzymenzijnniet tolerant voor extreme saliniteit Dode Zee heetnietvoornietszo! 39

42. Verbindingen die enzymenhelpen Activator cofactor niet-eiwit, kleineinorganischeverbindingen/ionen Mg, K, Ca, Zn, Fe, Cu gebonden in het enzym coenzym niet-eiwit, organischeverbinding bind tijdelijk of permanent in de buurt van de actievezijde veelvitaminen NAD (niacin; B3) FAD (riboflavin; B2) CoenzymA Fe inhemoglobine Mg inchlorofyl 40

43. Verbindingen die enzymenreguleren Inhibitor moleculen die de enzymactiviteitreduceren competitieveinhibitie niet-competitieveinhibitie irreversibeleinhibitie feedback inhibitie(negatieveterugkoppeling) 41

44. Competitieveinhibitie Inhibitor & substraat “vechten” vooractievezijde penicilline blokkeertenzym van eenbacterieomcelwandentebouwen disulfiram (Antabus) behandeltchronischalcoholisme blokkeertenzymwat alcohol afbreekt ernstigekater & overgeven5-10 minutennadrinken Oplossing: verhogen van substraatconcentratie bijhogesubstraatconcentratiewint hetsubstraat de competitievoor de actievezijde van het enzym 42

45. Niet-competitieveinhibitie Inhibitor bind aaneenanderezijdedan de actievezijde allosterischeinhibitor bindtaanallosterischezijde veroorzaaktvormveranderingenzym actievezijdefunctioneertnietmeer enzyminactief sommige anti-kankermedicijnen remmenenzymen die betrokkenzijnbijDNA synthese DNA productiestopt delingtumorcellenstopt cyanide remtCytochroomC, eenenzymwatbetrokken is bij de dissimilatie ATP productiestopt 43

46. Irreversibeleinhibitie Inhibitor permanent gebondenaanenzym competitie permanent gebondenaanactievezijde allosterisch permanent gebondenallosterischezijde permanenteverandering van de vorm van het enzym zenuwgas, sarin, veelinsecticiden (malathion, parathion…) acetylcholinesteraseinhibitoren geenafbraak van de neurotransmitter acetylcholine 44

48. verdeling van eenchemischereactie in kleinestappen

49. gevolg van evolutie

51. Feedback inhibitie threonine Voorbeeld synthese van het aminozuurisoleucineuit het aminozuurthreonine isoleucinewordt de allosterischeinhibitor van de eerstestap in de pathway als de concentratie van isoleucinestijgtbotst het enzymvaker met isoleucinedan met threonine isoleucine 47

52. Einde