Stofwisseling

Samenvatting
Thema 1 Stofwisseling

Doelstelling 1 Je moet kunnen omschrijven wat stofwisseling, assimilatie en dissimilatie is.
• Stofwisseling: het totaal van alle chemische (scheikundige) processen in een organisme.
• Assimilatie: de opbouw van organische moleculen uit kleinere moleculen.
- Doel: de vorming van organische stoffen waaruit het organisme bestaat.
- Energie wordt vastgelegd als chemische energie in de organische moleculen.
• Dissimilatie: de afbraak van organische moleculen tot kleinere moleculen.
- Doel: het vrijmaken van energie voor processen in het organisme.
- De vrijgekomen energie wordt tijdelijk opgeslagen in ATP-moleculen.

Doelstelling 2 Je moet de bouw en de werking van enzymen kunnen beschrijven.
• Enzymen katalyseren (versnellen)de chemische reacties van stofwisselingsprocessen zonder daarbij zelf te worden verbruikt.
- Enzymen zijn eiwitmoleculen met een specifieke ruimtelijke vorm.
- Naamgeving: in het algemeen afgeleid van de naam van het substraat met het achtervoegsel -ase.

• Enzymen hebben een specifieke werking.
- Door de specifieke ruimtelijke vorm past een enzymmolecuul slechts op één type substraatmolecuul (sleutel-slotprincipe).
- Elk enzym kan slechts één reactie versnellen.

• De enzymactiviteit (snelheid van enzymwerking)kan worden uitgedrukt in:
- de hoeveelheid substraat die per tijdseenheid wordt omgezet;
- de hoeveelheid reactieproduct die per tijdseenheid ontstaat.

• De enzymactiviteit kan ook worden afgeleid uit de tijd die een bepaalde hoeveelheid enzym nodig heeft om een bepaalde hoeveelheid substraat om te zetten.

Doelstelling 3 Je moet kunnen omschrijven wat koolstofassimilatie en wat fotosynthese is.
• Koolstofassimilatie: de vorming van glucose en zuurstof uit koolstofdioxide en water.
- Reactievergelijking:
koolstofdioxide + water + energie glucose + zuurstof
6CO2 + 6H2O + energie C6H12O6 + 6O2
- Alleen autotrofe organismen zijn in staat tot koolstofassimilatie.

• Fotosynthese: koolstofassimilatie, waarbij lichtenergie wordt benut.
- Uit wit licht worden vooral de oranjerode en de violetblauwe kleuren benut.
- Fotosynthese komt voor bij planten en cyanobacteriën. Deze organismen hebben bladgroen (chlorofyl).
- Bij planten bevinden de enzymen en pigmenten voor fotosynthese zich in bladgroenkorrels (chloroplasten).
- De glucose die bij de fotosynthese ontstaat, wordt voor een deel omgezet in zetmeel en tijdelijk in de bladeren opgeslagen.

Doelstelling 4 Je moet de opbouw van koolhydraten, vetten en eiwitten in de voortgezette assimilatie kunnen beschrijven.

• Voortgezette assimilatie: organismen vormen uit glucose andere organische stoffen.
- De hiervoor benodigde energie wordt verkregen uit dissimilatie.
- Bij de voortgezette assimilatie kunnen planten anorganische stoffen uit de bodem gebruiken.

• Koolhydraten.
- Opgebouwd uit alleen koolstof-, waterstof- en zuurstofatomen.
- Monosachariden, bijv.glucose (druivensuiker),fructose (vruchtensuiker)en desoxyribose.
- Disachariden (opgebouwd uit twee monosachariden), bijv. maltose, lactose en sacharose.
- Polysachariden (opgebouwd uit vele monosachariden), bijv. zetmeel, glycogeen en cellulose.

• Vetten (lipiden).
- Opgebouwd uit alleen koolstof-, waterstof- en zuurstofatomen.
- Een vetmolecuul is opgebouwd uit glycerol en drie vetzuren.

• Eiwitten (proteïnen).
- Een eiwitmolecuul bestaat uit een groot aantal aan elkaar gekoppelde aminozuren.
- In organismen komen twintig verschillende aminozuren voor.
- Alle aminozuren bevatten naast koolstof-, waterstof- en zuurstofatomen ook steeds stikstof-atomen. Sommige aminozuren bevatten ook zwavelatomen.
- Planten kunnen aminozuren opbouwen uit glucose en stikstofhoudende ionen, vooral nitraat-ionen: glucose + nitraat + energie aminozuur
- Dieren krijgen aminozuren binnen met hun voedsel. Ze kunnen sommige aminozuren vormen uit andere aminozuren.

Doelstelling 5 Je moet de dissimilatie van koolhydraten, vetten en eiwitten kunnen beschrijven.

• Bij dissimilatie kan chemische energie worden omgezet in:
- kinetische energie (bij het maken van bewegingen);
- warmte (bij het op peil houden van de lichaamstemperatuur);
- elektrische energie (bij het geleiden van impulsen);
- chemische energie (bij het assimileren van organische stoffen);
- lichtenergie (bij het uitstralen van licht).
• Aërobe dissimilatie van glucose (verbranding).
- Hierbij worden glucosemoleculen volledig afgebroken, waardoor er veel energie vrijkomt.

- Reactievergelijking:
glucose + zuurstof koolstofdioxide + water + energie
C6H12O6 + 6O2 6CO2 + 6H2O + energie

- Aërobe dissimilatie vindt voor het grootste deel plaats in mitochondriën.
• Anaërobe dissimilatie van glucose (gisting).
- Hierbij worden glucosemoleculen niet volledig afgebroken. De eindproducten zijn energierijk; er
komt weinig energie vrij.

- Alcoholgisting:
C6H12O6 2C2H6O (ethanol) + 2CO2 + energie
Komt voor bij gistcellen en bij kiemende zaden.
Bij de productie van bier, wijn en brood vindt alcoholgisting plaats.

- Melkzuurgisting:
C6H12O6 2C3H6O3 (melkzuur) + energie
Komt voor bij melkzuurbacteriën en in spieren bij mens en dier.
Bij de productie van kaas, yoghurt en zuurkool vindt melkzuurgisting plaats.

• Dissimilatie van vetten en eiwitten.
- Vetten worden eerst gesplitst in glycerol en vetzuren. Deze worden verder gedissimileerd.
- Eiwitten worden eerst gesplitst in aminozuren. Deze worden verder gedissimileerd. Schadelijke, stikstofhoudende stoffen die hierbij ontstaan (ammoniak, ureum of urinezuur) worden met de urine uitgescheiden.

Doelstelling 6 Je moet kunnen omschrijven wat de basale stofwisseling is en factoren kunnen noemen die hierop van invloed zijn.
• Basale stofwisseling: de stofwisseling van een organisme in rust.
- In rust vindt ook voortdurend dissimilatie en assimilatie plaats.
- Processen als de hartslag, de ademhalingsbewegingen en de darmperistaltiek gaan altijd door.

• De intensiteit van de basale stofwisseling van een organisme is afhankelijk van:
- het geslacht;
- de leeftijd;
- het lichaamsgewicht;
- de lichaamstemperatuur;
- het tijdstip van de dag of het jaargetijde.

Doelstelling 7 Je moet het transport en de opslag van stoffen in zaadplanten kunnen beschrijven.

• Transport over kleine afstanden:
- diffusie (o.a.zuurstof, koolstofdioxide);
- osmose (water);
- actief transport door celmembranen (o.a.ionen).
• Transport over grote afstanden:
- anorganische sapstroom door houtvaten (water en opgenomen ionen);
- organische sapstroom door bastvaten (water en assimilatieproducten).
• Diffusie van zuurstof en koolstofdioxide in bladeren.
- Vooral via huidmondjes, luchtholten en intercellulaire ruimten naar en van de bladcellen.
- Huidmondje: een opening in de opperhuid, omgeven door twee sluitcellen die bladgroenkorrels bevatten.
- Bij de meeste planten bevinden de huidmondjes zich vooral aan de onderkant van de bladeren.

• Transport door houtvaten.
- Door verdamping van water uit de celwanden rondom bladcellen wordt water aangezogen uit de houtvaten (via de nerven).
- Door capillaire werking van de houtvaten wordt het water als een 'draad' omhooggetrokken.
- In de vaatbundels in stengels liggen houtvaten aan de binnenkant.
- In de nerven in bladeren liggen houtvaten aan de bovenkant.

• Transport door bastvaten.
- Het tijdelijk in de bladeren opgeslagen zetmeel wordt omgezet in sacharose (vooral 's nachts).
- Sacharose wordt vervoerd naar de andere delen van het land.
- In de vaatbundels in stengels liggen bastvaten aan de buitenkant.
- In de nerven in bladeren liggen bastvaten aan de onderkant.
• Opslag van reservestoffen:
- in verdikte delen, vaak onder de grond (wortels, knollen, bollen, wortelstokken);
- in zaden.

Doelstelling 8 Je moet uit de opname of afgifte van zuurstof of koolstofdioxide door een plant de intensiteit van de fotosynthese kunnen afleiden.
• De intensiteit van de fotosynthese is afhankelijk van:
- de lichtintensiteit (en de kleur licht);
- de beschikbare hoeveelheid water;
- de beschikbare hoeveelheid koolstofdioxide;
- de temperatuur;
- bladgroen.

• De intensiteit van de fotosynthese wordt bepaald door de beperkende factor (de factor, die het minst gunstig is).
• Voor de bepaling van de intensiteit van de fotosynthese zijn twee gegevens nodig:
- in het licht: de hoeveelheid O2 die een plant afgeeft (of de hoeveelheid CO2 die een plant opneemt);
- in het donker: de hoeveelheid O2 die een plant opneemt (of de hoeveelheid CO2 die een plant
afgeeft).
• Uit de O2 -opname (of de CO2 -afgifte)in het donker kan de intensiteit van de dissimilatie worden afgeleid.
• O2 -productie (bij fotosynthese) = O2 -afgifte + O2 -verbruik (bij dissimilatie)
• CO2 -verbruik (bij fotosynthese) = CO2 -opname + CO2 -productie (bij dissimilatie)
• Voor de volgende grafiek geldt:
- in het stijgende deel van de grafiek is licht de beperkende factor;
- in het horizontale deel is een andere factor beperkend;
- tussen A en B is de intensiteit van de dissimilatie hoger dan die van de fotosynthese, in B is de intensiteit van de dissimilatie gelijk aan die van de fotosynthese, tussen B en D is de intensiteit van de dissimilatie lager dan die van de fotosynthese.

Doelstelling 9 Je moet de kringloop van koolstof in hoofdlijnen kunnen beschrijven en je moet uitgebreide schema 's hiervan kunnen interpreteren.

• Producenten nemen koolstofdioxide uit de lucht op en produceren hiermee organische stoffen.
- Planten en cyanobacteriën zijn producenten.
• Consumenten nemen de organische stoffen van andere organismen als voedsel op.
- Dieren zijn consumenten.
• Reducenten breken organische resten af tot anorganische stoffen.
- Schimmels en heterotrofe bacteriën zijn reducenten.
- Door verbranding van fossiele brandstoffen komt extra koolstof (CO2) in de koolstofkringloop.

Doelstelling 10 Je moet de kringloop van stikstof in hoofdlijnen kunnen beschrijven en je moet uitgebreide schema 's hiervan kunnen interpreteren.

• Producenten nemen stikstof vooral op in nitraationen.
- Stikstofassimilatie: uit nitraationen en glucose worden stikstofhoudende organische verbindingen (bijv.eiwitten) opgebouwd.
• Consumenten scheiden stikstof uit met hun urine (als ammoniak, ureum of urinezuur).
• Reducenten breken organische stikstofhoudende verbindingen af tot o.a.ammoniak.
• Nitrificerende bacteriën zijn actief in een zuurstofrijke bodem.
- Nitrietbacteriën zetten ammoniak en ammoniumionen om in nitrietionen.
- Nitraatbacteriën zetten nitrietionen om in nitraationen.
• Denitrificerende bacteriën zetten nitraationen om in gasvormige stikstof (N2 ).
- Denitrificerende bacteriën zijn actief in een zuurstofarme bodem.
• Stikstofbindende bacteriën zetten gasvormige stikstof om in ammoniak. Met ammoniak kunnen aminozuren worden gesynthetiseerd.
- Stikstofbinding (stikstoffixatie)kan alleen plaatsvinden onder anaërobe omstandigheden.
- Stikstofbindende bacteriën komen vrij levend in de bodem voor en in de wortelknolletjes van vlinderbloemige planten.
- Groenbemesting: het verbouwen van vlinderbloemige planten op grond die arm is aan nitraat-ionen.