Endergonische Reactie

Definitie van Endergonische Reactie

Een endergonische reactie is een reactie waarbij energie wordt geabsorbeerd. In scheikundige termen betekent dit dat de netto verandering in vrije energie positief is – er is meer energie in het systeem aan het eind van de reactie dan aan het begin ervan.

Omdat bij endergonische reacties energie wordt gewonnen, moet die energie van buitenaf worden aangevoerd om de reactie te laten plaatsvinden.

In de biologie, gebruiken organismen endergonische reacties om energie uit externe bronnen op te slaan. Fotosynthese, waarbij de energie van zonlicht wordt gebruikt om suikers te maken, is een endergonische reactie. Dat geldt ook voor vetzuuranabolisme, waarbij de energie uit voedsel wordt opgeslagen in vetmoleculen.

In het algemeen zijn reacties waarbij nieuwe chemische bindingen ontstaan endergonisch. De chemische bindingen “slaan” de reactie-energie op totdat ze worden verbroken, op welk moment een deel van de energie die in de eerste reactie was gestopt, vrijkomt.

Dit is het principe waarop het metabolisme van glucose, vetzuren en andere biologische brandstoffen is gebaseerd. De energie uit zonlicht of een andere bron die is gebruikt om de chemische bindingen in suikers, eiwitten of vetten tot stand te brengen, komt vrij wanneer die bindingen worden verbroken via processen als glycolyse en celademhaling.

In het algemeen worden stofwisselingsreacties waarbij chemische bindingen tot stand worden gebracht “anabole” reacties genoemd. Metabolische reacties waarbij bindingen worden verbroken om energie vrij te maken, worden “katabolische” reacties genoemd.”

Het is deze beweging van energie door chemische bindingen die het leven mogelijk maakt. De endergonische reacties van fotosynthese en chemosynthese maken het mogelijk dat wezens aan de onderkant van de energiepiramide kunnen overleven – en organismen zoals wij kunnen voeden, die hun energie krijgen door suikers en vetten af te breken om die opgeslagen energie vrij te maken.

Functie van endergonische reacties

Endergonische reacties hebben twee belangrijke doelen in de biologie. Het ene is het vrijmaken van energie die is opgeslagen in voedselmoleculen, waardoor organismen kunnen overleven zonder al hun energie direct uit zonlicht te halen.

Het andere doel is het maken van de bouwstenen van het leven: DNA, RNA, eiwitten en alle andere bouwstenen van cellen moeten worden gemaakt door reacties waarbij nieuwe bindingen worden gevormd tussen chemische bouwstenen. Deze bindingsvormende reacties zijn over het algemeen endergonisch.

Organismen hebben energie nodig om te groeien, omdat er energie nodig is om nieuwe materialen te produceren. Voor planten zijn dat de suikers, lipiden en nucleïnezuren waaruit hun bladeren bestaan; voor mensen zijn dat de lipiden van onze celwanden, de eiwitten in onze spieren, en natuurlijk het DNA in onze cellen.

In de meeste gevallen komt de energie die nodig is om nieuwe cellen te bouwen van ATP. ATP is een opslagmolecuul voor de energie van glucose; die uiteindelijk natuurlijk van de zon komt via fotosynthetiserende planten.

Voorbeelden van endergonische reacties

DNA/RNA Synthese

DNA- en RNA-synthese zijn fascinerend omdat ze niet op dezelfde manier ATP gebruiken als meer endergonische reacties dat doen. Je herinnert je wellicht dat DNA vier basen heeft – A, T, C en G. Welnu, het “A”-basenpaar staat voor adenosine – hetzelfde als de “A” in “ATP!”

In plaats van te worden verbruikt en vervolgens te worden geregenereerd tijdens de DNA-synthese, is ATP een van de bouwstoffen. Het proces begint met trisofosfaten van elk van de basenparen: ATP, TTP, CTP, en GTP.

Wanneer DNA polymerase een van deze nucleotide trifosfaten in positie brengt om zich aan de groeiende DNA streng te hechten, breekt een van de fosfaatgroepen van de nucleotide af – en wordt vervangen door de vorming van een nieuwe binding tussen de nucleotide en de DNA streng!

Ergens in dit proces is energie en het gebruik van ATP nodig – alle nucleotiden moeten fosfaatgroepen hebben, zodat deze fosfaatgroepen de energie kunnen opslaan die nodig is om een binding tussen de nucleotide en de DNA-streng tot stand te brengen.

Maar in tegenstelling tot veel katabole reacties, wordt bij deze reactie ATP niet simpelweg in ADP omgezet en teruggestuurd om een nieuwe fosfaatgroep te krijgen. In deze reactie blijven ATP, TTP, GTP en CTP voor altijd deel uitmaken van de DNA-streng, totdat de streng wordt afgebroken!

Proteïnesynthese

Proteïnesynthese is een meer typisch voorbeeld van hoe levende wezens energie verplaatsen, en deze toevoegen aan reacties om nieuwe chemische bindingen te laten ontstaan.

Tijdens de proteïnesynthese werken diverse enzymen en ribozymen samen om de stappen te voltooien die nodig zijn om een aminozuur aan een groeiend eiwit toe te voegen. In totaal moeten ongeveer vijf ATP’s worden verbruikt om een enkel aminozuur aan een groeiend eiwit toe te voegen. Dat betekent dat voor elke glucosemolecule die wordt gemetaboliseerd, ongeveer zes aminozuren aan een eiwit kunnen worden toegevoegd!

Dit proces is enorm kostbaar voor bacteriën; voor E. coli-cellen wordt ongeveer 95% van alle ATP die zij maken, gebruikt voor eiwitsynthese.

Deze investering betaalt zich op de lange termijn dubbel en dwars terug, omdat eiwitten zoals enzymen de activeringsenergie die nodig is voor duizenden opeenvolgende chemische reacties drastisch kunnen verlagen. Maar voor organismen die geen celademhaling kunnen uitvoeren, is het energiebudget krap!

De eiwitten die met de energie uit ATP worden gemaakt, zorgen ervoor dat onze stofwisseling, spieren en zelfs onze hersenen en zintuigen kunnen functioneren. En het is belangrijk te onthouden dat deze energie ons wordt geleverd in het voedsel dat we eten – dat uiteindelijk, onderaan de energiepiramide, afkomstig is van fotosynthese!

Vetzurensynthese

Vetzurensynthese gebruikt zowel ATP als een ander energiedragend molecuul – NADPH – om energie te leveren voor het maken van vetzuren.

Het maken van een vetzuur kost veel energie; er zijn 7 ATP’s en 14 NADPH nodig om twee koolstofmoleculen aan een vetzuurketen toe te voegen, en sommige vetzuren kunnen wel 26 koolstofmoleculen bevatten!

Maar vetzuren zijn, net als eiwitten, noodzakelijk voor een organisme om te functioneren en te groeien; ze vormen het grootste deel van de cel- en intracellulaire membranen, en dienen ook andere doelen.

Als het vetzuur wordt aangemaakt om energie op te slaan, zal het grootste deel van die energie worden opgeslagen en kan het organisme er later weer bij, als zijn reserves aan ATP en suiker opraken.

Quiz

1. Welke van de volgende reacties is het minst waarschijnlijk een endergonische reactie?
A. De synthese van een zetmeel uit vele suikermoleculen.
B. De synthese van een eiwit uit een groot aantal aminozuren.
C. De katabolisatie van een vet tot zijn enkelkoolstofbestanddelen.
D. Geen van bovenstaande.

2. Waarom gebruikt DNA polymerase geen ATP?
A. Omdat DNA synthese een exergonische reactie is.
B. In plaats daarvan gebruikt het NADPH als energiebron.
C. Het gebruikt ATP – en andere nucleotide trifosfaten, die hun eigen energie leveren voor de synthese reactie.
D. Geen van bovenstaande.

3. Welke van de volgende is NIET waar voor eiwitsynthese?
A. Bacteriën moeten meer suiker metaboliseren om de energie “kosten” van eiwitsynthese te betalen, omdat ze geen celademhaling kunnen uitvoeren.
B. Eiwitsynthese is essentieel voor de aanmaak van enzymen, die eiwitten zijn.
C. Er komt meer energie vrij dan er wordt verbruikt.
D. Geen van bovenstaande.

• MacNaught, A. D., & Wilkinson, A. (1997). Compendium van chemische terminologie: IUPAC Aanbevelingen. Oxford: Blackwell Science.
• (n.d.). Op 29 april 2017 ontleend aan http://webprojects.oit.ncsu.edu/project/bio183de/Black/cellcycle/cellcycle_scripts.htm
• Deis, F. (n.d.). Kost eiwitsynthese energie (ATP)? Op 29 april 2017 ontleend aan https://www.quora.com/Does-protein-synthesis-take-any-energy-ATP