04 Bio5 thema 4 stofwisseling wet
Download
Report
Transcript 04 Bio5 thema 4 stofwisseling wet
in cellen
DEEL 2 Stof- en energieomzettingen
Thema
4
ROL VAN ENZYMEN
BIJ STOFWISSELINGSPROCESSEN
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
Soorten
stofwisselingsreacties
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
Enzymen
3.1 Enzymen katalyseren chemische
reacties
3.2 Structuur en werking van enzymen
3.3 Naamgeving voor enzymen
3.4 Eigenschappen van enzymen
3
Enzymen
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
Botsingstheorie: een reactie treedt op als:
• deeltjes voldoende hevig met elkaar botsen (temperatuur,
kinetische energie)
• deeltjes op gepaste wijze (richting, positie) met elkaar
botsen
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.
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
substraat
naam van het enzym
amylum (zetmeel)
amylase
lactose (melksuiker)
lactase
lipide
lipase
Peptide (aminozuurketen)
peptidasen
Uitzonderingen: pepsine, ptyaline en pancreatine
3.4 Eigenschappen van enzymen
3.4.1 Enzymen zijn substraatspecifiek
Actief centrum specifiek gebouwd
Substraatspecifiek: sleutel-slotprincipe
Reactie bij specifiek substraat
Geen reactie bij
niet-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
Enzymen zijn reactiespecifiek
glucosefosfaat
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
3.5.2 Concentratie van het enzym
concentratie enzym
dan reactiesnelheid
Reactiesnelheid v
voorwaarde: voldoende substraat
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
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
HCl
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 twaalfvingerigedarmholte
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 pHwijzingen in de
twaalfvingerige darm
Verschil endo- en exopeptidasen
Hydrolyse lipiden door lipase
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