Stofwisseling
Stofwisselingofmetabolisme(uit hetGrieks:μεταβολισμόςmetabolismos= verandering of omzetting) is het geheel vanbiochemischeprocessen dat plaatsvindt in decellenvanorganismen.Enzymenspelen bij deze omzettingen een centrale rol. Er wordt onderscheid gemaakt tussen de opbouw vanstoffenonder gebruik van energie (anabolisme) en de afbraak van biomoleculen, waarbij energie vrijkomt (katabolisme).
| Deel van eenserieartikelen over Biochemie | ||||
|---|---|---|---|---|
| ||||
| Ruimtelijke structuurvancytochroomc | ||||
| Biomoleculen | ||||
|
Eiwit·Koolhydraat·Natuurproduct· | ||||
| Stofwisseling | ||||
|
Anabolisme·Celademhaling·Eiwitsynthese·Katalyse·Fotosynthese·Katabolisme | ||||
| Verwante onderwerpen | ||||
|
Bio-informatica·Enzymologie·Moleculaire biologie·Structuurbiologie | ||||
| ||||
Functies van de stofwisseling
bewerkenDe stofwisseling heeft onder meer de volgendefuncties:
- Het vastleggen vanzonne-energieofchemische energiedoor deaanmaakvanreservestoffen.
- Het vrijmaken vanenergieuit onder andere opgenomen stoffen en reservestoffen.
- Het opnemen vanstoffen.
- Het gebruik van bouwstoffen en energie als bron voor alle biologische processen.
- Het verwerken van afvalstoffen.
- Een eventueel teveel aan opbouwstoffen elimineren.
Katabolisme en anabolisme
bewerkenKatabolisme
bewerkenKatabolismeis de afbraak vanorganische stoffenbinnen een organisme; het omvat verschillende manieren van stofwisseling in eencel,afhankelijk van de verschillende soortenbiopolymeren.Polysachariden,lipiden,nucleïnezurenenproteïnenworden eerst, viahydrolyse,afgebroken totkleinere moleculen,respectievelijkmonosachariden,vetzuren,nucleotidenenaminozuren.Vervolgens kunnen de gevormde monomeren binnen de cel gebruikt worden voor de aanmaak van nieuwe biopolymeren (anabolisme), of voor decelademhaling,waarbij het kleine molecuul (vooral glucose) met behulp vanzuurstofinenergiewordt omgezet.
Anabolisme
bewerkenAnabolismeofbiosyntheseis de opbouw van organische stoffen, waarbij energie wordt gebruikt of wordt opgeslagen, bijvoorbeeld inATP,NADPH,koolhydratenenbiopolymeren.De energie wordt geleverd door licht (bijfotosynthese) of doorredoxreacties(bijchemosynthese). Anabolisme behelst de reeks metabolerouteswaardoor uit kleinere moleculen grotere moleculen worden gevormd.[1]Anabolisme is een vorm vanassimilatiewaarbijweefselsenorganenzoalsspierenenbottenworden opgebouwd. Dit gebeurt dankzijgroeienceldifferentiatie.
De grote variatie aan metabole processen tussen verschillende soorten organismen kan worden gebruikt bij huntaxonomischeclassificatie;belangrijke indelingscriteria zijn:
- de herkomst van de energie die nodig is om de processen te doen plaatsvinden,
- deelektronendonor (reductor),die betrokken is bij bovenstaande processen,
- de herkomst van de benodigde koolstof voor de opbouw van organische stoffen, zoals bouwstoffen, enzymen, reservestoffen.
| Energiebron | Licht | foto- | -troof | ||
|---|---|---|---|---|---|
| Licht&redoxreactie | mixo- | ||||
| Redoxreactie | chemo- | ||||
| Elektronendonor | Organische verbinding | organo- | |||
| Anorganische verbinding | litho- | ||||
| Koolstofbron | Organische verbinding | hetero- | |||
| Anorganische verbinding | auto- |
Energiebron
bewerkenFototroof
bewerkenEen organisme isfototroofals hetzich in leven houdtmet licht als energiebron, naast de opname vananorganischestoffen. Fototroof komt vanOudgrieksφῶςphōs(licht) + τροφήtrophē(voeding).
Delichtenergiewordt bij fototrofe organismen vastgelegd viafotosyntheseen hoofdzakelijk gebruikt voor degroeien voor hetaanmakenvan energierijke reservestoffen. Daarnaast wordt de lichtenergie gebruikt voor onder andere de opname van anorganische stoffen door plantenwortelstegen deconcentratiegradiëntin, voor het transport van water met de daarin opgeloste stoffen binnen de plant, en voor de beweging van de plant, bijvoorbeeldfototropie.Fototrofe organismen voorzien zichzelf van de benodigde voedingsstoffen: ze zijnautotroof.
Mixotroof
bewerkenEenmixotrooforganisme kan zowel de benodigde energie uit licht (fototroof) als chemische stoffen (chemotroof) verkrijgen. Mixotrofe organismen kunnen voorassimilatiegebruikmaken van licht (fotosynthese), maar kunnen ook (an)organische verbindingen hiervoor gebruiken (chemosynthese).
Chemotroof
bewerkenEen organisme ischemotroofals het in staat is om met behulp vanchemische omzettingenals energiebron te leven. Er bestaan zowelautotrofe(zelfvoorzienende) alsheterotrofe(afhankelijke) chemotrofe organismen. Ze verkrijgen hun benodigde energie dooroxidatievan respectievelijkanorganischeenorganische(door andere organismen aangemaakte)moleculen.
Elektronendonor of reductor
bewerkenOrganotroof
bewerkenEenorganotrooforganisme verkrijgt de energiebehoefte uit chemische omzettingen vanorganische stoffen.Organotrofie is een vorm vanchemotrofie.Heterotrofeorganismen worden ook wel met de term organotroof aangeduid. Een heterotroof organisme bouwt zijn organischecelmateriaalop uitorganische stoffen,gemaakt door andere organismen en is dus afhankelijk van andere organismen. Hetdissimileertmoleculen die door autotrofe organismengeassimileerdzijn.
Lithotroof
bewerkenEenlithotrooforganisme is een organisme dat de energiebehoefte verkrijgt uit chemische omzettingen van anorganische stoffen. Het woord lithotroof is afkomstig van het Griekse woordlithosdat steen entrophedat voeding betekent.
Koolstofbron
bewerkenNaar de herkomst van koolstof voor de opbouw van de organische stoffen en het celmateriaal kan men heterotrofe organismen onderscheiden van autotrofe organismen.
Onderscheiden kan worden naar koolstofbron:
- Lithoheterotroof,waarbij organisch materiaal als koolstofbron gebruikt wordt.
- Lithoautotroof,waarbij kooldioxide uit de lucht als koolstofbron gebruikt wordt.
- Mixotroof,waarbij naast kooldioxide uit de lucht ook organisch materiaal gebruikt wordt als koolstofbron.
In aanvulling op deze indeling kan verder onderscheiden worden naar energiebron:
- Chemolithotroof
- Fotolithotroof.Deze bacteriën komen voor bij deChromatiaceae,Chlorobiaceae,ChloroflexaceaeenCyanobacteriën.
Heterotroof
bewerkenEenorganismeis heterotroof, als het zijncelmateriaalopbouwt uitorganische stoffen,dat wil zeggenstoffenafkomstig van andere organismen. Het woord heterotroof is afkomstig uit hetGrieksen betekent letterlijk zich van anderen voedend (heteros- vreemd, een andere;trophein- voeden). Een heterotroof organisme is voor zijn energievoorziening afhankelijk van andere organismen: hetdissimileertmoleculendie oorspronkelijk doorautotrofeorganismengeassimileerdzijn.
De simpelste heterotrofen zijngisten,maar ook de mens is heterotroof en wel chemo-organoheterotroof.
Autotroof
bewerkenAutotrofe organismen zijnorganismendieCO2(kooldioxide)gebruiken als bron vankoolstofvoor huncellen.Autotroof is een samenstelling van de Griekse woordenautos(zelf) entrophein(voeden). Dit betekent dat het organisme zelf voedsel kan aanmaken en het niet hoeft te betrekken van een ander organisme.
Autotrofe organismen halen hun energie uitanorganische stoffenof uitzonlicht.De energie gebruiken zij om kooldioxide om te zetten inglucose.Door gebruik van de genoemde energiebronnen zal door de activiteit van autotrofe organismen de hoeveelheid organische stof toenemen.
Naar de herkomst van de benodigde energie onderscheidt men:
- fotoautotrofeorganismen: deze maken gebruik van zonlicht voor het verkrijgen van de benodigde energie voor fotosynthese.
- chemo-autotrofeorganismen: deze maken gebruik van oxidatieprocessen vananorganische stoffenvoor het verkrijgen van de benodigde energie.
Voorbeelden van autotrofe bacteriën zijnnitrificeerdersenanammoxbacteriën. Anammox bacteriën zijn aerotolerante (zuurstoftolerante) chemo-litho-autotrofe micro-organismen en behoren tot deplanctomycetes.
Belangrijke stofwisselingsprocessen
bewerken- Koolhydratenworden omgezet inglucose.Glycolysebestaat uit de afbraak van glucose totpyrodruivenzuur.
- Vettenworden omgezet invetzuren.Vetzuren worden afgebroken tot acetyl-CoA in een proces datbeta-oxidatiewordt genoemd.
- Eiwittenworden in deleverafgebroken totaminozuren.De aminozuren kunnen vervolgens weer gebruikt worden om nieuwe eiwitten te maken.
- Acetyl-CoAdoorloopt decitroenzuurcyclus.Daarbij komen energierijkeelektronenvrij en wordtkoolstofdioxidegevormd als afvalproduct.
- De energierijke elektronen uit de citroenzuurcyclus doorlopen deoxidatieve fosforylering.De energie uit deze elektronen wordt gebruikt voor het genereren vanATP,de belangrijkste energiebron voor de cel.
- Vitaminenspelen vaak alsco-enzymeen rol bij diverse stofwisselingsprocessen.
Metabolieten
bewerkenStrikt genomen zijnmetabolietende producten van stofwisselingsprocessen. De term metabolieten wordt echter meestal alleen gebruikt voor kleine moleculen, zoals glucose en aminozuren.
Er wordt soms ook een onderscheid gemaakt tussen primaire ensecundaire metabolieten.Zo zijn deaminozurenwaaruiteiwittenworden opgebouwd voorbeelden van primaire metabolieten, maar hetalkaloïdenicotinedaarentegen een secundaire metaboliet in bepaalde planten.
Secundaire metabolieten bij planten zijn plantenstoffen (metabolieten) die niet direct betrokken zijn bij primaire processen (zoalsfotosynthese,citroenzuurcyclus,eiwitsynthese). Ze zijn niet direct noodzakelijk voor het overleven van het organisme, maar dragen wel bij tot zijn overlevingskansen.
Zie ook
bewerken- ↑(en)de Bolster, M.W.G. (1997). "Glossary of Terms Used in Bioinorganic Chemistry: Anabolism". International Union of Pure and Applied Chemistry.http://www.chem.qmul.ac.uk/iupac/bioinorg/AB.html#20.Retrieved 2007-10-30
