home]

[inhoud site][Inhoud bovenbouw][practicum][links]

 

Samenvatting examenstof biologie (CE)

VWO

Centraal examen (vanaf 2016)

Subdomein B2 - Stofwisseling van de cel

B2.3 Assimilatie en dissimilatie

Eindterm subdomein B2

De kandidaat kan met behulp van de concepten homeostase, transport, assimilatie en dissimilatie ten minste in contexten op het gebied van gezondheid en voeding verklaren op welke wijze de stofwisseling van cellen van prokaryoten en eukaryoten verloopt.

Subdomein B2.3

Je kunt in een context:

  1. beschrijven dat cellen stoffen opnemen en afgeven, dat de stoffen in de cellen verwerkt worden in chemische reacties (opbouw en afbraak), gekatalyseerd door enzymen;

  2. beschrijven dat er verschillende vormen van energie zijn: chemische energie (zoals in ATP), lichtenergie, kinetische energie, warmte, en beschrijven dat deze vormen in elkaar kunnen overgaan;

  3. het fotosyntheseproces in cellen met chloroplasten beschrijven;

  4. assimilatieprocessen in planten en dieren beschrijven en toelichten dat deze processen leiden tot de aanmaak van bouwstoffen, brandstoffen, reservestoffen en enzymen;

  5. dissimilatieprocessen beschrijven. Hierbij anaërobe en aërobe dissimilatie onderscheiden;

  6. met behulp van reactievergelijkingen assimilatie- en dissimilatieprocessen (ook van de deelreacties daarvan) toelichten;

  7. beschrijven waar en op welke wijze enzymen reacties, zoals assimilatie- en dissimilatie-processen, katalyseren en hoe de temperatuur en pH deze beïnvloeden;

  8. toelichten hoe in de biotechnologie gebruik gemaakt wordt van het metabolisme van micro- organismen;

  9. verschillen tussen fotosynthese en chemosynthese uitleggen en verklaren onder welke omstandigheden beide processen plaats kunnen vinden.

Deelconcepten
autotroof, heterotroof, fotosynthese, C-assimilatie, chloroplast, licht- en donkerreactie, chemosynthese verbranding, aëroob, anaëroob, glycolyse, citroenzuurcyclus, oxidatieve fosforylering, gisting, alcohol, melkzuur, methaan, ADP en ATP, NAD, NADP, bouwstoffen, brandstoffen, reservestoffen, enzymen, fosfolipiden, tussencelstof, koolhydraten (mono-, di- en polysachariden, zetmeel, glycogeen, cellulose), vet (vetzuren en glycerol), eiwit, aminozuren, DNA, recombinant-DNA, pH.

Energie

Vormen van energie

  • Chemische energie
    • Opgeslagen in organische moleculen.
    • Bijvoorbeeld in:
      • ATP;
      • glucose.
    • Bij uiteenvallen van zo'n molecuul, komt energie vrij.

  • Lichtenergie
    • Planten kunnen lichtenergie opnemen met hun bladgroenkorrels en omzetten in chemische energie (glucose).

  • Kinetische energie (bewegingsenergie)
    • Bijvoorbeeld bij spierbewegingen.
      • Chemische energie uit ATP wordt dan omgezet in bewegingsenergie.

  • Elektrische energie
    • Zenuwcellen zetten chemische energie om in elektrische energie --> impulsgeleiding.

  • Warmte
    • Onstaat als 'verlies' als chemische energie omgezet wordt in andere energievormen.
    • Bijvoorbeeld bij:
      • dissimilatie;
      • beweging.
Stofwisseling

Stofwisseling (metabolisme)

Alle chemische (scheikundige) processen in een organisme.

  • Basaalmetabolisme (grondstofwisseling)
    • Stofwisseling van een organisme in rust.

Te onderscheiden zijn:

  • Assimilatie processen
    • Opbouwreacties
      • Omzetten van kleine moleculen in grotere organische moleculen.
      • Energie voor nodig.
        • Endotherme reacties.

  • Dissimilatie processen
    • Afbraakreacties
      • Grote(re) organische moleculen worden afgebroken tot kleinere moleculen.
      • Energie komt vrij.
        • Exotherme reacties.
      • Energie wordt tijdelijk vastgelegd in ATP .
        • ADP + Pi + E (energie) --> ATP
        • Deel van de energie komt vrij als warmte.
      • ATP kan door andere celonderdelen gebruikt worden als energieleverancier.
        Gebruikt voor:
        • assimilatie (synthese van stoffen);
        • beweging;
        • actief transport.
Autotroof en heterotroof

Autotrofe organismen

  • Maken van anorganische stoffen (uit het abiotische milieu), organische stoffen.
    • Planten - energie uit licht (fotosynthese).
    • Bepaalde bacteriën - energie uit omzetting van chemische stoffen (chemosynthese).

Heterotrofe organismen

  • Kunnen alleen van kleinere organische stoffen worden grotere organische stoffen maken.
    Organische stoffen zijn afkomstig van andere organismen (biotisch milieu).
    • Dieren.
    • Schimmels en meeste bacteriën.
Assimilatie

Assimilatie processen

  • Koolstofassimilatie (C-assimilatie)
      • Vorming van glucose uit koolstofdioxide en water (of een andere waterstofdonor).
      • Energie wordt uiteindelijk vastgelegd in glucose.
        Alleen door autotrofe organismen.

    • Fotosynthese (Ipad)
      • Vorming van glucose uit koolstofdioxide en water.
      • Energie wordt geleverd door het zonlicht.
        Zie verder B.3.2

    • Chemosynthese
      • Energie afkomstig uit oxidatie van een anorganische stof.
        • Bij de oxidatie komt energie vrij (vastgelegd in ATP).
        • Energie (ATP) wordt gebruikt om glucose te vormen.
      • Komt voor bij bepaalde autotrofe bacteriën:
        • zwavelbacteriën;
        • nitrificerende bacteriën;
          • nitrietbacteriën;
          • nitraatbacteriën.

  • Voortgezette assimilatie
    • Energie wordt geleverd door dissimilatie.
      ATP

      Bij autotrofe organismen

    • Glucose wordt omgezet in organische stikstofverbindingen (stikstofassimilatie):
      • aminozuren;
      • nucleotiden.
      • Nodig:
        • anorganische stikstofverbindingen uit de bodem.
          • In ieder geval NO3- (nitraat).
          • In mindere mate ook SO42- (sulfaat).
  • Zowel bij autotrofe als heterotrofe organismen

    • Omzetten van kleine organische moleculen in grotere.
      • Vorming van andere organische stoffen (andere koolhydraten en vetten) uit glucose.
      • Vorming van eiwitten uit aminozuren.

Gebruik gevormde organische stoffen

  • Bouwstoffen voor de groei.
    • Toename van de biomassa.
      • Biomassa is de hoeveelheid organische stoffen waar een organisme uit bestaat (drooggewicht).
  • Opslag reservestoffen;
    • in planten:
      • koolhydraten, eiwitten en mineralen;
      • In zaden ook vetten.
    • in dieren:
      • koolhydraten en vetten;
      • geen opslag van eiwitten.
  • Herstel.
  • Vorming enzymen;
  • Brandstof voor de dissimilatie.
Dissimilatie

Gebruik Binas of Biodata

Aërobe dissimilatie (celademhaling) (Ipad)

  • Afbraak met behulp van zuurstof (verbranding).
    • Hoge energie opbrengst (veel ATP).
    • Energiearme producten blijven over.
      • H2O, CO2.
      • Bij dissimilatie van aminozuren ook stikstof en zwavelhoudende producten.
  • Brandstof meestal glucose.
    • Bruto reactievergelijking:
      C6H12O6 + 6H2O + 6O2 --> 6CO2 + 12 H2O + E (38ATP)
  • Verloop van het proces:
    • Glycolyse (Ipad)
      • C6H12O6 --> 2 pyrodruivenzuur + 2 ATP + 2 NADH2
      • Vindt plaats in het cytoplasma.
    • Citroenzuurcyclus
      Citroenzuurcyclus animatie
      (Ipad)
      • Vindt plaats in de mitochondriën.
      • Pyrodruivenzuur wordt via azijnzuur volledig afgebroken tot CO2 en H2O.
      • Vrijgekomen waterstof wordt gebonden aan NAD --> NADH2 .
        • In totaal 10 NADH2 .
    • Eindoxidatie (oxidatieve fosforylering) (Ipad)
      • Van NADH (afkomstig uit de glycolyse en de citroenzuurcyclus) worden H+-ionen afgesplitst.
        • De daarbij vrijkomende elektronen worden via een elektronentransportketen van de ene stof op de andere overgebracht.
        • Een deel van de daarbij vrijkomende energie wordt gebruikt door het enzym ATP-synthase om ATP te vormen uit ADP.
          ADP + P
          i + E --> ATP
        • Een deel van de energie komt vrij als warmte.
        • Eiwitten in membranen (de zogenaamde protonenpomp of waterstofpomp) zorgen ervoor dat H+-ionen (protonen) actief door de membranen worden van de mitochondriën worden getransporteerd.
        • Uiteindelijk wordt zuurstof gereduceerd tot water.
          12 NADH2 + 6O2 + 36ADP + 36 Pi --> 12 NAD + 12 H2O + 36 ATP
    • De meeste ATP wordt gevormd in de mitochondriën bij de eindoxidatie.

  • Dissimilatie van eiwitten en vetten
    • Levert meer energie dan dissimilatie van glucose.
    • Eiwitten:
      • worden eerst gesplitst in aminozuren;
      • van aminozuur wordt aminogroep afgesplitst (desaminering);
        • Ammoniak (NH3) blijft over.
      • restketen wordt verder gedissimileerd als bij dissimilatie van glucose.
    • Vetten:
      • worden eerst gesplitst in glycerol en vetzuren.
      • Vetten leveren de meeste energie.
        • Wordt veroorzaakt door het grotere aantal wateratomen per gram vet.

RQ = respiratoir Quotiënt
Dit niet leren, je moet er alleen mee kunnen werken.

  • RQ = hoeveelheid CO2 die vrijkomt gedeeld door de hoeveelheid O2 die nodig is (CO2/O2).
  • Door bij de gaswisseling opgenomen O2 en afgegeven CO2 te meten, kan de RQ van een organisme bepaald worden.
  • De RQ-waarde is kenmerkend voor de gebruikte brandstof.
    • Hoe lager de RQ - hoe hoger de energetische waarde van de brandstof.
    • Koolhydraten --> RQ = 1.
    • Vetten --> RQ = 0,7.
    • Eiwitten --> RQ = 0,9.

Gebruik Binas of Biodata

Anaërobe dissimilatie

  • Afbraak zonder zuurstof (gisting) .
  • Lage energieopbrengst.
    • Levert minder ATP dan aërobe afbraak:
      • 2 ATP per molecuul glucose.
  • Glucose wordt onvolledig afgebroken.
    • Er blijft een energierijke stof over:
      • ethanol;
      • melkzuur.

    Alcoholgisting

  • Bij gistcellen, bepaalde bacteriën en planten.
  • CO2 en ethanol (alcohol) blijven over.
  • Reactievergelijking
    C6H12O6 + 2 ADP + 2Pi --> 2CO2 + 2 C2H5OH (ethanol) + E (2 ATP)
  • Verloop van het proces:
    • glycolyse; (Ipad)
    • omzetting van pyrodruivenzuur in ethanal;
    • ethanal wordt omgezet in ethanol.

Melkzuurgisting

  • Bij melkzuurbacteriën en gewervelde dieren (in de spieren).
  • Melkzuur blijft over.
  • Reactievergelijking:
    C6H12O6 + 2 ADP + 2Pi --> 2 C3H6O3 (melkzuur) + E (2 ATP)
  • Verloop van het proces: Methaanvorming

  • Methaanbacteriën (reducenten) zetten organisch materiaal anëroob om in H2O en methaan (CH4)
  • Komen van nature o.a. voor in:
    • koeienmaag;
    • bodem van moerassen en sloten;
    • dikke darm van mensen.
Enzymen

Enzymen (bio-katalysatoren)

Voor de stofwisselingsprocessen zijn enzymen nodig.

Bouw

  • Bestaan uit een eiwitdeel en een co-factor.
    • Door vouwing van het eiwitdeel ontstaat een bindingsplaats (actief centrum) voor het substraatmolecuul.
    • Co-factor: noodzakelijk voor de werking van bepaalde enzymen.
      • Kan zijn:
        • een vitamine (co-enzym);
        • een metaal-ion.

Werking

  • Versnellen bepaalde chemische reactie.
      • In het lichaam temperatuur te laag voor spontane reacties.
      • Verlagen de activeringsenergie die nodig is om een reactie op gang te brengen.
    • Gaan binding aan met een substraatmolecuul ( of substraatmoleculen).
      Enzymwerking 1
      (Ipad)
      Enzymwerking 2
      (Ipad)
    • Vormen enzymsubstraat-complex.
    • Reactie komt op gang
    • Enzym laat weer los.
      Enzym + substraat --> Enzymsubstraat-complex --> Product + enzym
  • Veranderen zelf niet bij de reactie.
  • Worden zelf tijdens de reacties niet verbruikt.
    • Kunnen dus meerdere substraatmoleculen omzetten.

Eigenschappen

  • Enzymen zijn:
    • substraatspecifiek.
      • Door tertiaire structuur --> specifieke vorm --> passen maar op één substraat.
        • De ruimtelijke structuur van de bindingsplaats van het enzym moet passen op het substraat om daarmee een binding te kunnen aangaan.
      • Enzym krijgt de naam van het substraat waarop het werkt + de toevoeging "ase"
        Voorbeelden
        :
        • sacharose --> sacharase
        • lipiden --> lipase
        • penicilline --> penicillinase
        • vorming DNA (replicatie) --> DNA-polymerase
        • vorming RNA (transcriptie) --> RNA-polymerase.
    • reactiespecifiek.
      • Kunnen maar één bepaalde reactie versnellen.
  • Enzymactiviteit is afhankelijk van:
    • de temperatuur (optimumkromme).
      • Eiwitten veranderen bij hogere temperaturen van vorm (denaturatie).
        • De tertiaire structuur verandert --> passen niet meer op het substraat.
          Enzymwerking 2 (Ipad)
          • Door de hogere temperaturen worden de zwavelbruggen (S-S) verbroken.
    • de pH (optimumkromme).
      • De pH heeft invloed op de ion-bindingen en daardoor op de bindingsmogelijkheden met een substraat.
    • de enzymconcentratie.
      • Hoe meer enzymmoleculen een binding met het substraat kunnen aangaan, hoe sneller de reactie.

  • Bepaalde geneesmiddelen en gifstoffen kunnen:
    • als enzymremmer werken (inhibitor).
      • Molecuul geneesmiddel of gifstof is concurrent van substraatmolecuul.
        • Bezet het enzymmolecuul --> kan niet meer binden aan substraat.
      • Molecuul bindt op ander plaats.
        • De actieve bindingsplaats verandert van vorm.
          • Geen binding aan substraat meer mogelijk.
    • enzymen activeren (activator).
      • Molecuul bindt aan enzym.
        • Verhoogt de enzymactiviteit.

Specifieke enzymen

  • In de cellen.
  • In het verteringskanaal
    • Voor afbraak van voedingsstoffen.
  • Op bepaalde plaatsen zijn de enzymen in inactieve vorm aanwezig.
    • Worden pas actief als er een tweede component bijkomt
      Bijvoorbeeld:
      • in het bloedplasma zitten stollingsenzymen.
        • Zijn altijd in inactieve vorm aanwezig.
        • Worden pas actief bij beschadiging van een bloedvat.
      • in het spijsverteringskanaal komen verteringsenzymen.
        • Worden gevormd door cellen van de verschillende klieren.
        • Moeten niet actief zijn in de cellen waar ze gevormd worden (niet de cellen aantasten), maar alleen in het darmkanaal zelf.
  • Gebruikt bij DNA onderzoek:
    • restrictie enzymen.
Biotechnologie

Biotechnologie

Micro-organismen worden gebruikt door de mens.

  • Gistcellen worden gebruikt voor;
    • productie van brood, wijn en bier.
      • alcoholgisting

  • Bacteriën worden gebruikt voor:
    • productie van enzymen voor wasmiddelen;
    • zuivering van afvalwater;
    • productie van bepaalde voedingsmiddelen o.a. yoghurt en zuurkool;
      • melkzuurgisting
    • productie van geneesmiddelen.

  • Genetisch gemodificeerde micro-organismen
    • DNA van organisme wordt veranderd om gewenste eigenschappen te krijgen.
      • recombinant-DNA
    • Kan o.a. door:
      • mutatie op te wekken;
        • Bijvoorbeeld met straling of met mutagene stoffen.
      • "vreemde" genen in te bouwen in (ei)cel.

bioplek terug

© 2017 scholte/marree-bioplek.org