Biologie voor Jou MAX (release 6.2) deel B - Thema 3 - Stofwisseling in de cel oefentoetsen & antwoorden

Glucose C6H12O6 Met Assimilatie wordt de opbouw van organische moleculen bedoeld. Deze ontstaan vanuit kleine moleculen. Hierdoor vormen de organische stoffen zich, waaruit cellen weer bestaan.Met Dissimilatie wordt de afbraak van organische moleculen bedoeld. Deze worden afgebroken tot kleinere moleculen.  Bij assimilatiereacties wordt energie vastgelegd in de chemische verbindingen van grotere moleculen. Zo is de koolwaterstofverbinding energierijk. Bij dissimilatiereacties komt chemische energie vrij uit stoffen die vervolgens bruikbaar zijn voor processen in cellen.  A. De volgorde van de aminozuren bepaalt de primaire structuur. Het belangrijkste verschil tussen aerobe en anaerobe dissimilatie is dat aerobe dissimilatie plaatsvindt in aanwezigheid van zuurstof en glucose volledig afbreekt tot koolstofdioxide en water, terwijl anaerobe dissimilatie plaatsvindt zonder zuurstof en glucose slechts gedeeltelijk afbreekt tot lactaat of ethanol.Toelichting: Aerobe dissimilatie en anaerobe dissimilatie zijn beide processen waarbij cellen energie vrijmaken door het afbreken van voedingsstoffen zoals glucose. Het belangrijkste verschil tussen beide processen is de rol van zuurstof.Aerobe dissimilatie vindt plaats in aanwezigheid van zuurstof. Bij dit proces wordt glucose volledig afgebroken tot koolstofdioxide en water, waarbij veel energie vrijkomt in de vorm van ATP (adenosinetrifosfaat). Deze reactie vindt plaats in de mitochondriën van de cel en wordt de citroenzuurcyclus en de elektronentransportketen genoemd. Het uiteindelijke product van aerobe dissimilatie is dus koolstofdioxide en water.Anaerobe dissimilatie vindt plaats zonder zuurstof, bijvoorbeeld in situaties waarbij de zuurstofbehoefte van de cel hoger is dan de zuurstoftoevoer. Bij dit proces wordt glucose afgebroken tot pyrodruivenzuur, waarna het wordt omgezet in lactaat of ethanol, afhankelijk van het organisme. Dit proces wordt lactaatfermentatie of alcoholische fermentatie genoemd en vindt plaats in het cytoplasma van de cel. Hoewel er minder ATP wordt geproduceerd dan bij aerobe dissimilatie, is deze reactie nog steeds belangrijk om energie te leveren aan cellen in omstandigheden waarin zuurstof niet beschikbaar is. ATP-synthase/synthetase. Toelichting: ATP synthase is een enzym dat in zowel de oxidatieve fosforylering als in de lichtreactie betrokken is bij de productie van ATP. In de oxidatieve fosforylering bevindt ATP synthase zich in de binnenmembraan van de mitochondriën, waar het ATP produceert door gebruik te maken van de protonengradient die is opgebouwd door de elektronentransportketen. In de lichtreactie bevindt ATP synthase zich in het thylakoïde membraan van de chloroplasten, waar het ATP produceert door gebruik te maken van de protonengradient die is opgebouwd door het licht-geïnduceerde protonentransport.Het vastleggen van energie in de vorm van ATP. (ADP (en Pi ) → ATP).Door een protonengradiënt / door transport van waterstofionen/H+ E. Alleen glucose, polysachariden en vetzuren kunnen geheel worden opgebouwd uit atomen afkomstig van de moleculen H2O, O2 en CO2. De andere stoffen, eiwitten en nucleïnezuren, bevatten ook stikstof en andere elementen die niet afkomstig zijn van H2O, O2 en CO2. Metabolisme is de stofwisseling. Ofwel het geheel van chemische processen in een cel. De processen van koolstofassimilatie en fotosynthese zijn nauw met elkaar verbonden. Fotosynthese is het proces waarbij planten, algen en sommige bacteriën lichtenergie gebruiken om kooldioxide en water om te zetten in glucose en zuurstof. Deze glucose wordt vervolgens gebruikt in de koolstofassimilatie, waarbij het wordt omgezet in complexere organische stoffen zoals koolhydraten, eiwitten en vetten.De belangrijkste reacties in fotosynthese zijn:De lichtreacties: hierbij wordt lichtenergie omgezet in chemische energie in de vorm van ATP en NADPH.De donkerreacties (Calvin-cyclus): hierbij wordt kooldioxide vastgelegd en gebruikt om glucose te produceren.De belangrijkste reacties in koolstofassimilatie zijn:Glycolyse: hierbij wordt glucose afgebroken tot pyrodruivenzuur.Citroenzuurcyclus: hierbij wordt pyrodruivenzuur omgezet in acetyl-CoA en verder afgebroken tot koolstofdioxide en water.Elektronentransportketen: hierbij wordt energie vrijgegeven in de vorm van ATP.Een voorbeeld van een organisme dat deze processen gebruikt om energie te verkrijgen en zijn levensprocessen te ondersteunen is een plant. Toelichting: Planten gebruiken fotosynthese om glucose te produceren, die vervolgens wordt gebruikt in de koolstofassimilatie om complexere organische stoffen te produceren. Dit proces levert de energie die nodig is voor plantengroei, reparatie en reproductie. Deze organismen worden autotroof (zelfvoorzienend) genoemd omdat ze in staat zijn de organische stoffen (zoals glucose C6H12O6) waaruit ze bestaan, zelf op te bouwen uit anorganische stoffen(kleine moleculen die geen energie bevatten zoals H2O en CO2).  Toelichting: Koolstofassimilatie: glucose vormen uit koolstofdioxide en water. Alleen autotrofe organismen kunnen dit (planten, cyanobacteriën). Glucose is vervolgens de grondstof voor de vorming van andere koolhydraten, vetten, eiwitten en DNA. Dat is de voortgezette assimilatie. Daar ontstaan grote organische moleculen met energierijke bindingen. Enzymen zijn eiwitten die chemische omzettingsprocessen katalyseren zonder zelf te worden verbruikt .Mogelijke antwoorden zijn:Door dit enzym te gebruiken, kunnen we plastic afval veel efficiënter en sneller afbreken dan met conventionele methoden mogelijk was. Dit kan leiden tot een aanzienlijke vermindering van de hoeveelheid plastic die in het milieu terechtkomt en kan helpen de schade die plasticvervuiling veroorzaakt aan het ecosysteem te verminderen. (belangrijk om oorzaak-gevolg in je antwoord te verwerken).Het enzym kan worden gebruikt om PET te recyclen en om te zetten in bruikbare producten, waardoor de noodzaak om nieuwe plastic materialen te produceren wordt verminderd. De meeste enzymen hebben hun optimale werking bij een lichaamstemperatuur van ongeveer 37°C. De eiwitstructuur die verantwoordelijk is voor deze stabiliteit is de tertiaire structuur.  Zwavelbruggen. Toelichting: De driedimensionale structuur van een eiwit wordt gevormd door interacties tussen aminozuurgroepen. Vooral het aminozuur cysteïne speelt hier een rol. De -SH-uiteinden van twee cysteïnemoleculen kunnen een atoombinding met elkaar aangaan (S-S). Deze binding wordt een zwavelbrug genoemd.  Bij hogere of lagere temperaturen kan de eiwitstructuur veranderen, waardoor de enzymatische activiteit afneemt. Bij hogere temperaturen kan de ruimtelijke structuur van het enzym veranderen, waardoor de actieve plaats van het enzym verandert en de enzymatische activiteit verminderd of verloren gaat. Dit kan gevolgen hebben voor verschillende stofwisselingsprocessen in het lichaam. (altijd bij dit soort vragen je antwoord eindigen met een ‘gevolg’) Onder zuurstofarme omstandigheden gaan cellen over op anaerobe metabolisme. De eerste stap hierbij is glycolyse, waarbij glucose wordt afgebroken tot pyrodruivenzuur. Teveel van dit zuur kan cellen beschadigen en daarom wordt pyrodruivenzuur omgezet in melkzuur. Zo kan glycolyse doorgaan zonder schade aan de cellen aan te richten. Toelichting:In zuurstofarme omstandigheden, zoals bij intensieve lichaamsbeweging, hebben de spieren onvoldoende zuurstof om de energiebehoefte van de cellen te voldoen. De cellen gaan dan over op anaerobe metabolisme, waarbij glucose wordt omgezet in energie zonder zuurstof te gebruiken. De eerste stap in dit proces is glycolyse, waarbij glucose wordt afgebroken tot pyrodruivenzuur. Tijdens glycolyse worden er ook ATP-moleculen geproduceerd, die de cellen nodig hebben om te kunnen blijven functioneren. Als de hoeveelheid pyrodruivenzuur in de cellen toeneemt, kan dit leiden tot verzuring van het celmilieu. Dit kan uiteindelijk leiden tot beschadiging van de cellen en verminderde prestaties. Om dit te voorkomen, zetten de spieren het pyrodruivenzuur om in melkzuur. Dit proces wordt lactaatfermentatie genoemd.Door pyrodruivenzuur om te zetten in melkzuur wordt de pH-waarde in de cel op peil gehouden en kan de glycolyse doorgaan zonder dat er schade ontstaat. D.Toelichting: Je ziet op de Y-as de verbruikte hoeveelheid zuurstof tegen de maanden in kweek op de X-as. de langste balk (R) is de bruto fotosyntheseactiviteit want de hoeveelheid dissimilatie moet daar nog afgetrokken worden. Vervolgens blijft er dan een netto hoeveelheid fotosynthese over. Aangezien de dissimilatie de afbraak is van deeltjes, moet er wel iets af te breken overblijven. In maand 6 en 7 is duidelijk te zien dat P erg weinig is. Dit kan dus geen dissimilatie zijn en daarom weet je dat dit de netto fotosynthese is.  D. Het mangaan-eiwitcomplex dat wordt gevormd door het gen van de alg, houdt mangaan op zijn plaats in een onderdeel van fotosysteem II. Dit complex speelt een cruciale rol in de water-splitting reactie van de fotosynthese, waarbij water wordt omgezet in zuurstofgas, protonen en elektronen. Voorbeelden van organische eindproducten met juiste voorbeelden:  a) melkzuur, b) spiercel/yoghurtbacterie/melkzuurbacterie  a) alcohol, b) gist(cel)/biergist/broodgist  a) ATP, b) yoghurtbacterie/gist(cel)/spiercel   De waarschijnlijke oorzaak van de afname van de enzymactiviteit na toevoeging van de activator is de denaturatie van het enzym. De activator heeft mogelijk een te hoge concentratie of is te lang blootgesteld aan het enzym, waardoor het de enzymstructuur heeft veranderd en de activiteit heeft verminderd.Het begrip dat hierbij van toepassing is, is denaturatie. Denaturatie verwijst naar het verlies van de oorspronkelijke structuur en functie van een enzym als gevolg van externe factoren zoals hoge temperaturen, pH-veranderingen of hoge concentraties van activatoren of remstoffen. In dit geval heeft de activator mogelijk de enzymstructuur veranderd en de activiteit verminderd door denaturatie.Activeringsenergie is de minimale hoeveelheid energie die nodig is voor een chemische reactie om plaats te vinden. Een enzym verlaagt de activeringsenergie voor een reactie door de reactie te katalyseren. Energiedrempel is de minimale hoeveelheid energie die nodig is om een reactie te starten. Toevoeging van de activator kan de activeringsenergie voor de reactie verlagen, waardoor de enzymactiviteit aanvankelijk toeneemt. Als de activatorconcentratie echter te hoog wordt, kan de activator de enzymstructuur veranderen en de enzymactiviteit verminderen door denaturatie, zoals eerder beschreven. Dit kan de energiedrempel voor de reactie verhogen en de reactiesnelheid verlagen, zelfs als er voldoende reactanten en enzymen aanwezig zijn.