Metabolisme en energieoverwinning en De centrale processen van de moleculaire biologie

Wat is het fundamentele verschil tussen katabolisme en anabolisme, energetisch gezien?

Katabolisme: afbraak → energie vrij (ΔG < 0), vastgelegd in ATP/NADH. Anabolisme: opbouw → energie nodig (ΔG > 0), aangedreven door ATP/NADPH. Ze zijn thermodynamisch gekoppeld.

Waarom kan een reactie met ΔG > 0 toch plaatsvinden in de cel?

Omdat ze gekoppeld wordt aan een sterk exergone reactie, meestal: ATP → ADP + Pi. Netto ΔG van het gekoppelde proces wordt < 0.

Waarom gebruikt de cel geen “verbranding” van glucose zoals in een calorimeter?

Verbranding → energie als warmte (niet bruikbaar). Metabolisme → energie stapsgewijs geoogst. Vastgelegd in ATP, NADH, FADH₂. Het is gecontroleerd, efficiënt, biologisch bruikbaar.

Waarom zijn vetten energierijker dan koolhydraten?

• Meer C–H-bindingen → sterker gereduceerd

• Oxidatie levert meer elektronen → meer NADH/FADH₂.

• Meer ATP per mol.

Wat is het verband tussen oxidatie, NADH en ATP-productie?

Oxidatie van brandstoffen → elektronen op NADH/FADH₂
→ elektronen naar oxidatieve fosforylering
→ protonengradiënt → ATP-synthase → ATP

Waarom is zuurstof cruciaal voor hoge ATP-opbrengst?

• O₂ is de finale elektronacceptor

• Maakt oxidatie van NADH/FADH₂ mogelijk

• Zonder O₂: NADH stapelt op → glycolyse stokt.

• O₂ = indirect essentieel voor ATP

Waarom levert glycolyse weinig ATP maar is ze toch essentieel?

• Slechts 2 ATP netto

• Maar:

  • zeer snel

  • geen O₂ nodig

  • levert pyruvaat + NADH

  • Onmisbare start van energieoogst

Waarom wordt NAD⁺ gerecycleerd via lactaatvorming?

• Glycolyse vereist NAD⁺

• Bij O₂-tekort: NADH kan niet geoxideerd worden

• Pyruvaat → lactaat regenereert NAD⁺

• Glycolyse kan blijven lopen

Wat is de hoofdrol van de citroenzuurcyclus?

Niet ATP maken, maar:

• NADH en FADH₂ produceren

• Deze leveren later de meeste ATP

Waarom vindt oxidatieve fosforylering plaats in mitochondriën?

• Vereist protonengradiënt

• Binnenmembraan is selectief impermeabel

• ATP-synthase is membraangebonden

• Structuur maakt functie mogelijk

Waarom kan ATP-hydrolyse zoveel reacties aandrijven?

ATP-hydrolyse heeft een sterk negatieve ΔG

Wat is de belangrijkste reden dat vetten efficiëntere brandstoffen zijn dan glucose?

Ze zijn sterker gereduceerd

Welke stap levert indirect het meeste ATP per glucose?

Oxidatieve fosforylering

Wat gebeurt er als O₂ ontbreekt?

ATP-productie via oxidatieve fosforylering stopt

Vat energieoverwinning uit glucose samen in één keten.

Glucose → glycolyse → pyruvaat → citroenzuurcyclus → NADH/FADH₂
→ oxidatieve fosforylering → ATP
Energie wordt chemisch vastgelegd, niet als warmte verloren

Waarom is DNA-replicatie semiconservatief en waarom is dat cruciaal?

Elke nieuwe DNA-dubbelhelix bevat één oude en één nieuwe streng.
➡ Baseparing (A-T, G-C) maakt elke streng een betrouwbaar sjabloon, wat hoge nauwkeurigheid en erfelijke stabiliteit garandeert.

Waarom verloopt DNA-synthese altijd in 5’ → 3’ richting?

DNA-polymerase kan alleen nucleotiden toevoegen aan een vrije 3’-OH-groep.
➡ De energie komt uit hydrolyse van het inkomende dNTP.

Waarom ontstaan Okazaki-fragmenten?

Omdat DNA-polymerase slechts 5’ → 3’ kan werken:

• Leidende streng → continu

• Achterblijvende streng → discontinu → Okazaki-fragmenten
  ➡ Later verbonden door DNA-ligase

Welke stap kost rechtstreeks ATP tijdens DNA-replicatie?

A. DNA-polymerisatie
B. Ligase-reactie
C. Helix-opening door helicase ✅
D. Baseparing

Wat is het belangrijkste verschil tussen replicatie en transcriptie?

Replicatie	Transcriptie
Hele genoom	Enkel gen
DNA → DNA	DNA → RNA
Beide strengen	Eén template-streng
Helicase nodig	Geen helicase

Waarom is RNA-polymerase minder nauwkeurig dan DNA-polymerase?

Transcriptiefouten zijn niet permanent erfelijk.
➡ Lagere foutcorrectie is energetisch efficiënter en biologisch aanvaardbaar.

Waarom moeten introns verwijderd worden uit pre-mRNA?

Introns coderen niet voor eiwit.
➡ Splicing laat alternatieve eiwitten toe uit één gen → hogere complexiteit.

Welke streng heeft dezelfde sequentie als het mRNA (T→U)?

A. Template-streng
B. Antisense-streng
C. Coderende streng ✅
D. Niet-getranscribeerde streng

Waarom is de genetische code redundant maar niet ambigu?

• Redundant: meerdere codons → hetzelfde aminozuur

• Niet ambigu: één codon → slechts één aminozuur
  ➡ Verhoogt fouttolerantie zonder verwarring

Waar wordt energie gebruikt tijdens eiwitsynthese?

1. Aminoacyl-tRNA-vorming (ATP → AMP)

2. Ribosoom-stappen (GTP)
   ➡ Hoge energie nodig voor nauwkeurigheid

Waarom zijn aminoacyl-tRNA-synthetasen cruciaal voor correcte eiwitten?

Zij bepalen welk aminozuur aan welk tRNA wordt gekoppeld.
➡ Fout hier = fout in elk eiwit dat volgt

Wat is de functie van het ribosoom?

A. mRNA synthetiseren
B. Peptidebindingen katalyseren ✅
C. tRNA opladen
D. Aminozuren activeren

Waarom verloopt informatieoverdracht van DNA → RNA → eiwit?

DNA is stabiele opslag, RNA is mobiele kopie, eiwitten zijn functionele uitvoerders.
➡ Richting voorkomt informatieverlies.

Welke stap is het meest gereguleerd: replicatie, transcriptie of translatie?

Transcriptie: Meest energie-efficiënt punt om genexpressie te controleren.

Waarom zijn replicatie, transcriptie en translatie energetisch gekoppelde processen?

Ze koppelen chemische energie (ATP/GTP) aan informatietrouw, zodat biologische orde behouden blijft ondanks entropie.