Dit is een subpagina van Bio-technologie

Mitochondriën.

Mitochondriën zijn de "energiecentrales" van de cel.
Een mitochondrium is een van de 13 organellen in die zich in de citasol van de cel bevindt.
Organismen moeten telkens arbeid leveren, niet alleen om hun taak uit te voeren maar ook om zich te vernieuwen, te vermenigvuldigen en te kunnen groeien.
Voor toename van de materie, de aanmaak van eiwitten en het samengaan van verbindingen is energie nodig, die processen nemen energie op.
Mitochondriën leveren dat in de vorm van ATP (Adenosinetrifosfaat). formule C10H16N5O13P3

ATP is een samengesteld molecuul dat bestaat uit een nucleobase adenine, het monosacharide ribose (suiker) en drie fosfaatgroepen.
Adenine is één van de nucleobasen in DNA en RNA.
In spiercellen zit ATP opgeslagen voor direct gebruik.
Als de ATP verbruikt wordt, bij het samentrekken (contractie) van een skeletspier, ontstaat ADP + P + energie, dat telkens in het proces wordt opgewaardeerd tot ATP.

Die opwaardering naar ATP moet heel snel gebeuren omdat we soms heel veel energie ineens nodig kunnen hebben.

Daarom is er een ander molecuul permanent in de cel aanwezig het molecuul heet creatinefosfaat afgekort (CP) met de chemische formule C4H10N3O5P .


In de evolutieleer denkt men dat Mitochondriën afstammen van primitieve bacteriën die miljarden jaren geleden een samenwerking (symbiose) zijn aangegaan met andere cellen.
Dit denkt men omdat mitochondrien grote overeenkomsten vertonen met bacteriën.
Mitochondriën hebben hun eigen DNA (in de Matrix), dat onafhankelijk is van het DNA in de celkern
en kunnen zich ook zelfstandig delen.
Dat laatste moeten ze regelmatig doen, een mitochondrion leeft tussen de vijf en twaalf dagen.
Omdat ze zo vaak delen, is het heel belangrijk dat er geen fouten in het DNA sluipen. Als er bij
een mens iets mis gaat met zijn mitochondriale DNA, leidt dat tot slecht werkende zenuwen en
spieren en soms ook tot een versnelde veroudering. Zonder mitochondriën kan geen enkel
meercellig organisme leven. Er zijn ongeveer 3000 genen nodig om een mitochondrion te maken. Het mitochondriële DNA codeert maar voor 37 van deze genen. De resterende genen worden gecodeerd in de celkern.

CELHiernaast is schematisch een mitochondrium weergegeven.
Mitochondrien bevinden zich samen met de andere organellen in de Cytosol, dat is de vloeistof van het cytoplasma. Het cytoplasma is het Cytosol + organellen exclusief de kern, ze zijn ongeveer 0,5 tot 1,0 micrometer in diameter en kunnen 7 micrometer lang zijn.
Er zijn 2 membranen in de mitochondien, de binnenste en het buitenste.
Het buitenste membraan is doorlaatbaar en dient als filter voor belangrijke stoffen. Het binnenste membraan is eveneens doorlatend maar selectiever voor andere stoffen.
Het aantal plooien (Cristea) van het binnenste membraan is vrijwel recht evenredig met de energiebehoefte van de cel waarin het een functie vervult.

Voor we verder ingaan op het proces in de mitochondrien moet en we het even inleiden.
Glucose (suiker C6H12O6) is de brandstof voor ons lichaam.

Als we suiker verbranden in een omgeving van zuiver zuurstof, komt er plotseling veel energie vrij in de vorm van warmte.
1 molecuul suiker + 6 moleculen zuurstof verbranden dan tot 6 moleculen kooldioxide en 6 moleculen water en veel warmte of in formulevorm:
C6H12O6 + 6 O2 ⇒ 6 CO2 + 6 H2O + energie of:
Glucose + zuurstof ⇒ kooldioxide + warmte

Ons lichaam doet hetzelfde maar dan op een zeer gereguleerde manier.
Door ons voedsel verkrijgen we suikers. Dat kunnen verschillende suikers zijn.

Monosacharides bestaan uit een enkele suikermolecuul (sacharide). Deze moleculen kunnen direct door onze darmen in het bloed worden opgenomen.(in de darmvlokken) Polysacharides bestaan uit grotere samengestelde moleculen suiker en worden door de enzymen amylase en maltase uiteindelijk afgebroken tot glucose, waarna de glucose ook kan worden opgenomen in het bloed.

Ook andere stoffen kunnen als brandstof dienen.
Vetten worden omgezet in glycerol en vetzuren.
koolhydraten worden omgezet in glucose.
eiwitten worden aminozuren.

CELKERNHet celmembraan is de fysieke scheiding tussen bloedbaan en cel.
Vanuit de bloedbaan komt de glucose bij de cellen.
Nu kan de glucose niet direct door de celwand (het celmembraan).
De opname van en transport naar cellen gaat via glucose-transporters die in het celmembraan liggen.
Hierboven is schematisch het het transport van glucose vanuit de

bloedbaan weergegeven.
Het komt is de Citasol en wordt dan in 10 stappen afgebroken tot Pyruvaat (Pyrodruivezuur).

1: Als er genoeg insuline in de bloedbaan aanwezig is geeft de insuline receptor een signaal af.
2: Dit signaal meldt de glucose transporter om glucose binnen te laten.
3: De glucose gaat de cel in, in het cytasol.
4: Het teveel aan glucose wordt opgeslagen in glycogeen voor later gebruik
5: Wat direct gebruikt moet worden, wordt in 10 stappen omgezet tot pyruvaat
6: Vetzuren kunnen ook omgezet worden tot acetyl-coënzym A (acetyl-CoA) waarna dit weer in de citroenzuurcyclus kan worden opgenomen.

Het hormoon Insuline werkt als een soort sleutel die in een receptor past op de celwand. Als de insulinesleutel op het receptorslot past, gaat er een "deurtje" in de cel wand open en kan er glucose naar binnen. Als er niet genoeg insuline voorhanden is blijft de celdeur dicht en kan de cel geen glucose opnemen. Dit gebeurt b.v. bij diabetes.

Als de glucose in de cel is gekomen wordt in de citasol van de cel, 1 molecuul glucose in 10 stappen afgebroken tot 2 moleculen Pyruvaat, dit proces noemt men glycolyse.
De globale reactie wordt geschreven als:
C6H12O6 + 2 ADP + 2 Pi + 2 NAD+ ⇒ 2 pyruvaat + 2 NADH + 2 H+ + 2 ATP + 2 H2O

De glycolyse (Voor de glycolyse is geen zuurstof nodig.)
Afhankelijk van de energiebehoeften van de cel, wordt de glycolyse geactiveerd of verminderd
De energie wordt opgeslagen in het molecuul ATP (adenosine‐trifosaat)


chromosomen

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Als er voldoende O2 voorhanden is, wordt het pyruvaat via actief transport opgenomen in de
mitochondriën. Dit noemt men dan het AËROOB REACTIEPAD
Het pyruvaat komt terecht in de matrix van de mitochondriën en wordt daar m.b.v. een
complexenzym geoxideerd tot acetyl-coënzym A (acetyl-CoA).
Het acetyl-CoA wordt opgenomen in de citoenzuurcyclus (Krebscyclus) en in de eerste stap van de citroenzuurcyclus wordt citroenzuur gevormd.
De hele citroenzuurcyclus moet echter, per molecule verbrande glucose, twee keer doorlopen worden. Hieronder het proces van de citroenzuurcyclus.

GEN

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

De totaalreactie wordt dan:
van pyruvaat tot acetyl-CoA:
2 pyruvaat + 2 CoA + 2 NAD+ ⇒ 2 acetyl-CoA + 2 NADH + 2 H+ + 2 CO2
De citroenzuurcyclus zelf:
2 acetyl-CoA + 6 NAD+ + 2 FAD+ + 2 GDP + 2 Pi ⇒ 2 CoA-SH + 6 NADH + 2 H+ +
2 FADH2 + 2 GTP(2ATP) + 4 CO2

De citroenzuurcyclus is een oxidatiecyclus ( oxidatie is het proces waarbij elektronen worden afgestaan ) waarin brandstofmoleculen afkomstig uit vetten ( Acetyl CoA ), suikers ( acetyl CoA ) en aminozuren ( acetyl CoA , alpha-ketoglutaarzuur , barnsteenzuur en ketobarnsteenzuur ) geoxideerd worden tot kooldioxide(CO2). Hoewel zuurstof geen rol speelt in de citroenzuurcyclus zelf, kan de cyclus alleen verlopen onder aërobe omstandigheden. Dit komt omdat de gereduceerde coënzymen (NADH en FADH2) vrijwel uitsluitend geoxideerd kunnen worden door elektronen overdracht (oxidatieve fosforylering) via een carriersysteem waarbij moleculaire zuurstof de uiteindelijke elektronen acceptor is.


De citroenzuurcyclus begint en eindigt met een verbinding van acetyl-coënzym A en oxaalazijnzuur die samen citroenzuur vormen. Deze zuursamenstelling bevat 6 koolstofatomen. Door een reeks van chemische reacties met enzymen tijdens de cyclus worden echter twee koolstofatomen afgesplitst. De cyclus zorgt er ook voor dat het molecule weer wordt opgebouwd , waardoor dit aan het eind van de cyclus weer is omgezet in oxaalazijnzuur. Het proces begint overnieuw wanneer het oxaalazijnzuur opnieuw een verbinding aangaat met acetyl-coënzym A. Een zo'n cyclus levert een energierijke molecule ATP ( gevormd bij het vrijkomen van vier elektronen ) en een molecule GTP op. (GTP is een ATP variant)
De in de cyclus voorkomende tussenproducten dienen als grondstof voor de biosynthese van nieuw celmateriaal.

We hebben gezien dat reactie is volgens de glycolyse:
C6H12O6 + 2 ADP + 2 Pi + 2 NAD+ ⇒ 2 pyruvaat + 2 NADH + 2 H+ + 2 ATP + 2 H2O

De reactie van pyruvaat tot acetyl-CoA was:(decarboxilering)
2 pyruvaat + 2 CoA + 2 NAD+ ⇒ 2 acetyl-CoA + 2 NADH + 2 H+ + 2 CO2

De citroenzuurcyclus verloopt dan volgens:
2 acetyl-CoA + 6 NAD+ + 2 FAD+ + 2 GDP + 2 Pi ⇒ 2 CoA-SH + 6 NADH + 2 H+ +
2 FADH2 + 2 GTP(2 ATP) + 4 CO2

De oxidatieve fosforylering.(oxfox):
Voor de eindoxydatie zijn de NAD en FAD moleculen belangrijk, zij vervoeren de waterstof en waterstofelektronen naar de elektronentransportketen in het binnenmembraan van de mitochondriën.

Totaal telling:

2 ATP netto gevormd in de glycolyse
6 ATP gevormd uit 2 NADH moleculen gevormd tijdens de glycolyse
24 ATP gevormd uit 8 NADH moleculen gevormd tijdens de citroenzuurcyclus (3 ATP/mol)
2 ATP ontstaan uit 2 GTP moleculen gevormd tijdens de citroenzuurcyclus
4 ATP onstaan uit 2 FADH2 moleculen gevormd tijdens de citroenzuurcyclus (2 ATP/mol)
38 ATP Totaal (theoretich)

Expirimenteel onderzoek heeft aangetoond dat per molecuul NADH, 2,5 molecuul ATP wordt geproduceerd en per molecuul FADH2 1,5 molecuul ATP.

Dan komt in de praktijk de telling op:
2 ATP netto gevormd in de glycolyse
5 ATP gevormd uit 2 NADH moleculen gevormd tijdens de glycolyse
20 ATP gevormd uit 8 NADH moleculen gevormd tijdens de citroenzuurcyclus (3 ATP/mol)
2 ATP ontstaan uit 2 GTP moleculen gevormd tijdens de citroenzuurcyclus
3 ATP onstaan uit 2 FADH2 moleculen gevormd tijdens de citroenzuurcyclus (2 ATP/mol)
32 ATP Totaal

Het totaal komt dan uit op 32 ATP, het verschil is het gevolg van verbruik van ATP door aktief transport over membranen en processen in de mitochondriën zelf die energie vereisen en niet te vergeten de celvernieuwing zelf.

Hierboven is het ATP molecuul weergegeven, het is opgebouwd uit:

Ribose = Suiker = C5H10O5
Adenine = één van de nucleobasen in DNA en RNA = C5H5N5
Adenosine = één van de nucleobasen in DNA en RNA = C10H13N5O4

Adenosine-mono-fosfaat = AMP = C10H14N5O7P
Adenosine-di-fosfaat = ADP = C10H15N5O10P2
Adenosine-tri-fosfaat = ATP = C10H16N5O13P3

Een nucleobase is een base die als onderdeel van RNA en DNA samen met een andere nucleobase een basenpaar kan vormen. De meest voorkomende nucleobasen zijn cytosine, guanine, adenine, thymine en uracil. Deze nucleobasen worden afgekort met respectievelijk de letters C, G, A, T en U.

De basen C, G, A en T komen voor in het DNA, terwijl de basen C, G, A en U voorkomen in het RNA.
Een base of loog is een tegenhanger van zuur en heeft een PH-waarde hoger als 7.

Mitochondriën hebben verschillende vormen, iedere vorm behoort bij het type cel waar het zich in bevindt.
De meerderheid van de cellen hebben 500 to 2000 mitochondriën.
Er zijn ook cellen die weinig of geen mitochondriën hebben.
Rode bloedlichaampjes hebben b.v. geen mitochondriën.
Bloedplaatjes hebben heel weinig mitochondriën n.l. maar 2 tot 6.

Afhankelijk van de energiebehoefte van een cel zal het aantal mitochondriën bepalend zijn.
Zo zal een orgaan of skeletspieren, je hersenen of je ruggemerg of je hart veel mitochondiën bevatten, het gewicht van het hart is voor 50% mitochondrisch.

 

SLOT