Dissimilatie en enzymen (Biologie vwo), les 1: Uitleg
STOFWISSELING · DISSIMILATIE
Dissimilatie en enzymen
Examenstof biologie vwo
Lesduur is: 45 minIntroductie
Onderdelen in deze les
STOFWISSELING · DISSIMILATIE
Dissimilatie en enzymen
Examenstof biologie vwo
Les 1 van 3: uitleg. Les 2 is de examentraining, les 3 de terugblik met quiz. Syllabus: M2.3 specificatie 8 t/m 13 (B2.3). Image credit: Stephen Craven / Wikimedia Commons, CC BY-SA 2.0
STOFWISSELING · DISSIMILATIE
Wat ga je kunnen?
Ik kan beschrijven hoe anaerobe en aerobe dissimilatie verlopen, reactievergelijkingen opstellen en de werking van enzymen met een optimumkromme toelichten.
Deze slide heeft geen instructies
Wat gebeurt er met glucose in je spieren tijdens een sprint?
Verwacht: energie, ATP, zuurstof, melkzuur, spierpijn, ademhaling, verbranding. Koppel de woorden aan de les: eerst glycolyse en gisting, dan aerobe dissimilatie, dan enzymen en biotechnologie. Veelgemaakte misvatting: ademhaling is alleen in- en uitademen. Hier gaat het om de afbraak van glucose in de cel. De fotosynthese en de energiedragers ATP en NADH zijn al behandeld in de les Fotosynthese en assimilatie.
STOFWISSELING · DISSIMILATIE
Dissimilatie begint met glycolyse
Dissimilatie breekt glucose af en levert energie. Dat begint altijd met de glycolyse in het cytoplasma.
Bij de glycolyse wordt glucose (6 C) gesplitst in twee pyruvaat (elk 3 C). Netto levert dat 2 ATP en 2 NADH op.
Glucose is een reductor: het staat elektronen en protonen af. Een oxidator neemt ze op.
NAD+ is hier de oxidator: het neemt elektronen en protonen van glucose op en wordt NADH.
ATP, ADP, NAD+ en NADH komen uit de les Fotosynthese en assimilatie; hier gaat het om de rol bij de afbraak van glucose. Reductor en oxidator: de reductor staat elektronen af en wordt zelf geoxideerd, de oxidator neemt elektronen op en wordt gereduceerd. Netto 2 ATP en 2 NADH per glucose (er worden 4 ATP gevormd, 2 ATP worden gebruikt). Veelgemaakte fout: denken dat de glycolyse zuurstof nodig heeft; dat is niet zo.
Bakkersgist (Saccharomyces cerevisiae) onder de microscoop
STOFWISSELING · DISSIMILATIE
Gisting: alcohol of melkzuur
Anaerobe dissimilatie verloopt zonder zuurstof: na de glycolyse volgt gisting.
Bij alcoholgisting (gistcellen) wordt pyruvaat omgezet in alcohol en koolstofdioxide.
Bij melkzuurgisting (spiercellen, melkzuurbacteriën) wordt pyruvaat omgezet in melkzuur.
Bij gisting blijft chemische energie achter in alcohol of melkzuur.
Gist doet alcoholgisting, spiercellen zonder genoeg zuurstof en melkzuurbacteriën doen melkzuurgisting. Veelgemaakte fout: denken dat gisting alleen bij gist voorkomt. Image credit: Bob Blaylock / Wikimedia Commons, CC BY-SA 3.0
In de pens van een koe maken archaea methaan
STOFWISSELING · DISSIMILATIE
Methaan en het nut van gisting
Archaea maken zonder zuurstof methaan, bijvoorbeeld in de pens van een koe en in een moeras.
Voorbeeld: CO2 + 4 H2 geeft CH4 + 2 H2O. Hier is CO2 de oxidator en waterstof de reductor.
De glycolyse gaat alleen door als er genoeg NAD+ is.
Bij gisting geeft NADH elektronen en protonen af aan een tussenproduct: dat levert NAD+ op.
Methaanvorming is anaerobe dissimilatie van archaea. In CO2 + 4 H2 geeft CH4 + 2 H2O is links 1 C, 8 H en 2 O en rechts ook. Het nut van gisting: zonder zuurstof kan NADH niet door de oxidatieve fosforylering worden omgezet in NAD+, dus doet gisting dat. Veelgemaakte fout: denken dat gisting zelf veel ATP oplevert. Image credit: Osmo Lundell / Wikimedia Commons, CC BY-SA 4.0
Vul in
In het cytoplasma splitst de glycolyse een glucose in twee moleculen pyruvaat, die daarna verder worden afgebroken.
Glycolyse vindt plaats in het cytoplasma en levert twee pyruvaat per glucose. Verwachte fout: mitochondrion kiezen, want daar vinden de latere stappen van de aerobe dissimilatie plaats.
Welk eindproduct ontstaat bij gisting in spiercellen zonder zuurstof?
Alcohol
Methaan
Melkzuur
Koolstofdioxide
Spiercellen doen melkzuurgisting. Alcohol is van gistcellen, methaan van archaea. Verwachte fout: alcohol kiezen.
Dissimilatie van glucose met en zonder zuurstof
STOFWISSELING · DISSIMILATIE
Aerobe dissimilatie: verbranding
Aerobe dissimilatie heeft zuurstof nodig en heet ook verbranding: glucose wordt volledig afgebroken.
Daarna volgt in het mitochondrion de citroenzuurcyclus: koolstofdioxide komt vrij en er ontstaat NADH.
Dan volgt de oxidatieve fosforylering in het binnenmembraan van het mitochondrion.
Aerobe dissimilatie levert per glucose veel meer ATP dan gisting.
Plaats: glycolyse in het cytoplasma, citroenzuurcyclus in de matrix van het mitochondrion, oxidatieve fosforylering in het binnenmembraan. Koolstofdioxide komt vrij in de citroenzuurcyclus (en bij de omzetting van pyruvaat ervoor), water ontstaat in de oxidatieve fosforylering. Veelgemaakte fout: denken dat ook de glycolyse in het mitochondrion plaatsvindt. Image credit: Eigen schema, LessonUp
STOFWISSELING · DISSIMILATIE
Oxidatieve fosforylering
NADH is een reductor: het staat elektronen en protonen af en wordt weer NAD+.
De elektronen gaan via eiwitten in het binnenmembraan naar zuurstof: zuurstof is de uiteindelijke oxidator.
Zuurstof neemt elektronen en protonen op en wordt water: ½ O2 + 2 H+ + 2 e- geeft H2O.
De energie die vrijkomt bij het doorgeven van elektronen wordt gebruikt om ADP en fosfaat te koppelen tot ATP.
Zonder zuurstof stopt dit proces: dan blijft NADH over en is gisting nodig.
Deelreactie van NADH: NADH geeft NAD+ + H+ + 2 e-. De ladingen kloppen: links 0, rechts +1 +1 -2 = 0. Deelreactie van zuurstof: ½ O2 + 2 H+ + 2 e- geeft H2O (links 0, rechts 0). Verwachte fout: denken dat zuurstof de reductor is of dat de zuurstof in koolstofdioxide terechtkomt.
STOFWISSELING · DISSIMILATIE
Reactievergelijkingen
Aerobe dissimilatie: C6H12O6 + 6 O2 geeft 6 CO2 + 6 H2O + energie. De getallen zijn aantallen mol of moleculen.
Alcoholgisting: C6H12O6 geeft 2 C2H5OH + 2 CO2 + energie. Links en rechts 6 C, 12 H en 6 O.
Melkzuurgisting: C6H12O6 geeft 2 C3H6O3 (melkzuur) + energie. Hierbij komt geen CO2 vrij.
Deelreactie van de glycolyse: glucose wordt 2 pyruvaat, waarbij 2 NAD+ worden omgezet in 2 NADH.
Een molecuulformule noemt alleen de atomen, een structuurformule laat ook zien hoe ze zijn verbonden. Tel per atoomsoort.
Controleer aerobe dissimilatie: links 6 C, 12 H en 6 + 12 = 18 O, rechts 6 C, 12 H en 12 + 6 = 18 O. Alcoholgisting: rechts 4 + 2 = 6 C, 12 H en 2 + 4 = 6 O. Melkzuur: 2 x C3H6O3 = 6 C, 12 H, 6 O. Verwachte fout: de 2 vergeten voor het eindproduct.
Welke stof is de uiteindelijke oxidator bij de oxidatieve fosforylering?
Zuurstof
NADH
Glucose
Koolstofdioxide
Zuurstof neemt de elektronen en protonen op en wordt water. NADH is juist de reductor. Verwachte fout: NADH kiezen, omdat het de elektronen levert.
Zet op volgorde: aerobe dissimilatie
Glycolyse, citroenzuurcyclus, daarna de oxidatieve fosforylering, met zuurstof als laatste ontvanger. Verwachte fout: de elektronen van NADH laten opnemen door zuurstof voor de citroenzuurcyclus.
Enzym, substraat, enzymsubstraatcomplex en producten
STOFWISSELING · DISSIMILATIE
Enzymwerking
Een enzym is een eiwit dat een reactie katalyseert: de reactie gaat sneller, het enzym wordt niet verbruikt.
Het substraat past op het enzym; samen vormen ze het enzymsubstraatcomplex. Daarna komen de producten los.
Enzymen werken in cellen (cytoplasma, mitochondrion) en erbuiten, zoals in verteringssappen.
Een enzym versnelt een evenwichtsreactie in beide richtingen; het evenwicht zelf verandert niet.
Elk enzym past bij één soort substraat. Een katalysator verlaagt de benodigde activeringsenergie en komt zelf onveranderd uit de reactie. Veelgemaakte fout: denken dat een enzym wordt opgebruikt of dat het evenwicht naar de producten verschuift. Image credit: Eigen schema, LessonUp
Enzymactiviteit bij verschillende temperaturen (verzonnen waarden)
STOFWISSELING · DISSIMILATIE
Temperatuur, pH en de optimumkromme
De optimumkromme toont de enzymwerking bij een temperatuur of pH; bij het optimum werkt het enzym het best.
Onder het optimum werkt het enzym trager. Erboven verandert de bouw (denaturatie) en past het substraat niet meer.
Menselijke enzymen: optimum rond 37 °C. Bacteriën in hete bronnen: optimum rond 70 °C.
Ook voor de pH heeft elk enzym een optimum; een andere pH verandert de bouw van het enzym.
Optimumkromme: links van het optimum stijgt de activiteit met de temperatuur (meer botsingen), rechts ervan daalt hij snel door denaturatie. Die verandering van de bouw is meestal onomkeerbaar. De grafiek bevat verzonnen maar kloppende waarden. Veelgemaakte fout: denken dat een enzym bij lage temperatuur kapot gaat; het werkt dan alleen trager. Image credit: Eigen schema, LessonUp
STOFWISSELING · DISSIMILATIE
Enzymwerking onderzoeken
Een indicator laat met een kleur zien dat een stof aanwezig is, bijvoorbeeld jodium voor zetmeel: blauwzwart.
Blijft jodium geelbruin, dan heeft het enzym amylase het zetmeel afgebroken. Meet de tijd tot dat moment.
Verander bij zo'n proef steeds één factor, zoals de temperatuur, en houd de rest gelijk.
Een controle (dezelfde proef zonder enzym) laat zien dat het enzym de afbraak veroorzaakt.
Dit sluit aan bij vaardigheid A5 (onderzoek opzetten en evalueren). Een korte tijd tot ontkleuring betekent een hoge enzymactiviteit. Veelgemaakte fout: de controle vergeten of meerdere factoren tegelijk veranderen.
Een bioreactor met meetapparatuur in een laboratorium
STOFWISSELING · DISSIMILATIE
Biotechnologie met micro-organismen
Fermentatie: micro-organismen zetten grondstoffen om in een product, zoals melkzuurbacteriën in yoghurt.
Gist maakt met alcoholgisting alcohol voor bier en koolstofdioxide waardoor brooddeeg rijst.
Recombinant-DNA-technologie: een gen van een ander organisme wordt in een micro-organisme gebracht.
Zo maken bacteriën of gisten een eiwit zoals insuline, in een bioreactor met geregelde temperatuur en pH.
Fermentatie en recombinant-DNA zijn twee manieren om het metabolisme van micro-organismen te gebruiken. De temperatuur en pH worden geregeld zodat de enzymen van de micro-organismen bij hun optimum werken. Veelgemaakte fout: fermentatie en gisting door elkaar halen; gisting is een vorm van fermentatie. Image credit: Habin Zhang / Wikimedia Commons, CC BY-SA 4.0
Wat gebeurt er met een enzym na afloop van een reactie?
Het is verbruikt en moet opnieuw worden gemaakt
Het is omgezet in een van de producten
Het is gedenatureerd en werkt niet meer
Het is onveranderd en kan opnieuw werken
Een katalysator wordt niet verbruikt. Verwachte fout: denken dat het enzym in het product terechtkomt.
Vul in
Bij een te hoge temperatuur treedt denaturatie op: het substraat past dan niet meer op het enzym omdat de bouw verandert.
Denaturatie verandert de bouw van het enzym, waardoor het substraat niet meer past. Verwachte fout: zeggen dat het substraat denatureert.
Wat vond je vandaag het lastigst?
Glycolyse en gisting
Oxidator en reductor
Reactievergelijkingen
Enzymen en optimumkromme
Gebruik de uitslag om te bepalen welk onderdeel je in de examentraining nog een keer met een voorbeeld doorloopt.
Welk begrip uit de les wil je nog oefenen?
Reflectievraag, er is geen fout antwoord. Gebruik de antwoorden om te zien welke begrippen onvoldoende zijn blijven hangen.
STOFWISSELING · DISSIMILATIE
Begrippen (1/2)
anaeroob en aeroob: Zonder zuurstof (gisting) en met zuurstof (verbranding).
glycolyse: Afbraak van glucose tot twee pyruvaat in het cytoplasma, met netto 2 ATP en 2 NADH.
gisting: Anaerobe afbraak van pyruvaat tot alcohol en CO2, melkzuur of (door archaea) methaan.
citroenzuurcyclus: Afbraak van pyruvaat in het mitochondrion, met CO2 en NADH als producten.
oxidatieve fosforylering: ATP-vorming met de energie van elektronen van NADH, met zuurstof als oxidator.
Deze slide heeft geen instructies
STOFWISSELING · DISSIMILATIE
Begrippen (2/2)
oxidator en reductor: Oxidator neemt elektronen op, reductor staat ze af (NAD+ en NADH).
enzymsubstraatcomplex: Tijdelijke binding van het substraat aan het enzym tijdens het katalyseren.
optimumkromme en denaturatie: Grafiek van enzymwerking tegen temperatuur of pH; hoge temperatuur verandert de bouw.
fermentatie: Micro-organismen zetten grondstoffen om in een gewenst product.
recombinant-DNA-technologie: Een gen van een ander organisme in een micro-organisme brengen.
Deze slide heeft geen instructies
