Samenvatting Biochemie

Hoofdstuk 1: “Biochemistry: an evolving science”

Dezelfde 20 aminozuren worden door alle organismen gebruikt om eiwitten te maken. Moleculen zoals ATP, NADH, en Coenzym A hebben dezelfde functie in alle cellen.Alle organismen op aarde stammen af van een gemeenschappelijke voorouder

Biologische diversiteit verklaard door relatief kleine verschillen (aanpassingen) in moleculaire componenten, niet door ontwikkeling van nieuwe elementen.

Biologische diversiteit kan verkregen worden door eenvoudige veranderingen van bestaande biomacromoleculen De heemgroep • Aan een heemgroep in een globuline wordt zuurstof reversibel gebonden. • Via een heemgroep in een cytochroom worden elektronen doorgegeven. Energieconversiesystemen • Fotosynthese maakt gebruik van dezelfde componenten en soorten reacties als ademhalingsketens doen.

Covalente bindingen zijn de sterkste (tot wel 730 kJ . mol-1) en belangrijk voor structuur en stabiliteit van biologische moleculen Een molecuul dat resonantiestructuren van ongeveer gelijke energieniveaus heeft is stabieler dan een molecuul dat geen resonantiestructuren heeft (het ‘entropie effect’)

De vier reversibele interacties tussen biomoleculen:1. Elektrostatische interactieEnergie-inhoud E = (k. q1. q2) / (D . r2) (wet van Coulomb)q is de lading; r is de afstand, D is de dielektrische constante, k is een evenredigheidsconstante. Energieinhoud ong 6–230 kJ/mol-1

2. Waterstofbrug sterkst als rechte lijn, energieinhoud ong 4 - 20 kJ.mol-1

3. Vanderwaals dipolen in elektrisch neutrale moleculen, energieinhoud ong tussen de 2 en 4 kJ.mol-1

4. Hydrofobe interactie

Hierdoor O-kant richting + molecuul en H-kant richting –molecuul. De cohesie tussen watermoleculen is groot door vorming van een netwerk van waterstofbruggen.Hydrofobe effect: Water zorgt voor clustering van apolaire groepen tot een watervrije micro-omgeving. Is het gevolg van een toename van de entropie van het systeem (= energie-effect).

Wetten thermodynamica:• 1e hoofdwet: de totale energie van systeem + omgeving is constant• 2e hoofdwet: als er sprake is van een spontaan proces dan neemt de totale entropie van het systeem (de wanorde, het aantal substaten met gelijke energie) en zijn omgeving altijd toe.Een spontaan proces verloopt in de richting waarbij de totale entropie toeneemt

Cellen nemen moleculen op. Deze moleculen worden omgezet in andere moleculen. Toename entropie. Tijdens deze processen wordt energie omgezet in andere vormen. Bindingsenergie wordt omgezet in andere E-rijke bindingen (ATP) en warmte.

Een deel van de metabole energie (ATP) wordt aangewend voor het maken van chemische bindingen (ordenen) Afname entropie Optelsom van entropie veranderingen > 0

Vrije energie (G) = enthalpie + entropie. Geeft aan of een proces in een niet-geïsoleerd systeem (zoals bij cellen) kan verlopen.Enthalpie: H, de warmte-inhoud, de totaal beschikbare energie Entropie: S, maat voor wanorde, de spreiding van energie over subtoestanden.

De verandering van vrije energie ΔG (ofwel de maximale hoeveelheid van de beschikbare energie die gebruikt kan worden voor een proces) van een reactie geeft aan naar welke kant een reactie of proces verloopt: ΔG = – T.ΔStotaalAls ΔG < 0 dan is ΔStotaal > 0 (en dan verloopt een proces spontaan)

De totale entropie verandering is: ΔStotaal = ΔSsysteem + ΔSomgeving

Er komt bij een reactie warmte vrij. Deze verlaat het systeem en geeft een toename van entropie in de omgeving: ΔSomgeving = -ΔHsysteem/T (1)Dus: dus: ΔStotaal = ΔSsysteem + -ΔHsysteem/T-T.ΔStotaal = -T.ΔSsysteem + ΔHsysteem-T.ΔStotaal =ΔGΔG = ΔHsysteem -T. ΔSsysteem (2)

2e hoofdwet ΔStotaal = ΔSsysteem + ΔSomgeving > 0ΔSsysteem > - ΔSomgeving = ΔHsysteem/T ; vermenigvuldig met T:T.ΔSsysteem > ΔHsysteem, dan is volgens (2) dus ΔG < 0

Vorming van de DNA dubbelhelix afname van entropie van helixstrengen wordt gecompenseerd door toename van entropie van omgeving. Dit gebeurd door afgifte van warmte (ΔH) aan de omgeving.

Hoofdstuk 2: “Protein structure and function”Eiwitten uit 20 aminozuren opgebouwd. Algemene naamgeving en stereo-isomeren van aminozuren: centraal koolstofatoom (Cα), amino-groep (NH3+), carboxylgroep (COO-) en restgroep (R)Aminozuren zijn chiraal; in eiwitten zijn alleen L-aminozuren ingebouwd

Beide groepen Zwitterion (pH 2-9) Beide groepen geprotoneerd (pH0-2) ` gedeprotoneerd (pH 9-14)

Alifatisch = wel koolstofketens, geen aromatische verbindingAromatisch = bijv. benzeenCyclisch = verbinding waarbij de atomen in een ring zijn georganiseerdIndeling aminozuren op basis van de chemische eigenschappen van de zijketens:

- Hydrofoob met niet-polaire zijketensalifatisch, aromatisch, cyclisch- Polair (maar ongeladen)/hydrofiel vaak vrije OH-groep/SH (zwavelbrug) of NH2=O | C Alifatisch, sulfhydryl, aromatisch, carboxamide- Positief geladen/hydrofielZuur (alifatisch)- Negatief geladen/hydrofielBasisch (alifatisch/aromatisch

Homoserine (en homocysteine) zijn waarschijnlijk in de evolutie uitgesloten geraakt omdat de bijbehorende zijketens ongewenste nevenreacties geven die de functionaliteit van eiwitten beperken (vormen een dichte ring waardoor ze niet meer te gebruiken zijn). Deze nevenreacties treden niet op bij gebruik van serine (en cysteine).

Primaire structuur: volgorde waarin aminozuren via peptidebindingen aan elkaar gekoppeld zijn. Peptidebinding: C-N (waarbij H2O vrijkomt). Peptidebinding wordt gevormd binnen het ribosoom door gebruik te maken van geactiveerde aminozuren (die zijn gebonden aan een tRNAmolecuul). Aminozuren worden geactiveerd door de activatiereactie te koppelen aan de hydrolyse van ATP (tot AMP en 2Pi).

Activatie van aminozuren en vorming van peptidebindingen

Polypeptideketen:- polariteit (5’ en 3’)- ruggengraat en zijketens - meerdere ketens worden covalent aan elkaar gekoppeld door (reversibele) vorming van cystine (Zuurstof oxideert cysteines tot cystines). Polypeptideketens: flexibel, maar niet alle conformaties zijn mogelijk. Door dubbele bindingskarakter is de peptidebinding vlak. Deze eigenschap beperkt het aantal mogelijke conformaties van de eiwitruggengraat. Om sterische hindering te voorkomen zijn in eiwitten bijna alle peptidebindingen in de transvorm. In het geval van X-Pro peptidebindingen komen cis-conformaties vaak voor, omdat er zowel bij de trans- als bij de cisvorm sprake is van sterische hinder

Een polypeptideketen vouwt zich op na haar synthese zo dat: - De hydrofobe zijgroepen zich in het binnenste van het eiwit bevinden (hydrofobe effect) - er regelmatige goed gepakte structuren ontstaan (vanderwaals interacties) - er tussen de amino- en carboxylgroepen van een polypeptideketen zoveel mogelijk waterstofbruggen vormen (waterstofbruggen)

Secundaire structuur: structuur elementen binnen eiwitten • α-helices • β-sheets

• β-turns en loops Specifieke aminozuurvolgordes geven aanleiding tot de vorming van: • α-helixachtige coiled coil• collageen triple helixVezelachtige eiwitten geven structurele ondersteuning aan cellen en weefsels: α-keratine, collageen

Tertiare structuur: Water oplosbare eiwitten vouwen zich op tot compacte structuren met een hydrofobe kern

Quaternaire structuur: ruimtelijke organisatie van meerdere polypeptideketens die geassembleerd zijn tot een multisubunitstructuur (hemoglobine lala)

Eiwitontvouwing: ontvouwingsmiddelen (zoals ureum en guanidiniumchloride) verbreken de niet covalente interacties (electrostatische, H-bruggen, vanderwaals, hydrofobe); β-mercapto-ethanol verbreekt disulfidebruggenVouwing: De informatie die codeert voor het vouwen naar de natieve, actieve structuur ligt opgeslagen in de aminozuurvolgorde van een eiwit. DE PRIMAIRE AMINOZUUR SEQUENTIE BEPAALD DE 3D-STRUCTUUREiwitvouwing wordt gedreven door een afname in vrije energie (G)Eiwitvouwing wordt gedreven door een afname in vrije energie • Gevouwen eiwitten hebben een lagere vrije energie (zijn meer stabiel) in de afwezigheid van ontvouwingsmiddelen dan ontvouwen eiwitten. • Het verschil in vrije energie tussen de gevouwen en ontvouwen toestand van een eiwit is klein (ongeveer 5 – 10 kcal.mol-1; dat komt overeen met de energie die vrijkomt bij de vorming van 5 tot 10 waterstofbruggen) • Ten gevolge van hun lage stabiliteit zijn eiwitten flexibel; deze flexibiliteit is vereist voor eiwitactiviteit

Hoofdstuk 8: “Enzymes: basic concepts and kinetics” De specificiteit van enzymen komt door interacties van substraat met specifieke residuen in een holteVb: Trypsine en thrombine zijn beiden proteases• Trypsine breekt eiwitten in de darmen af• Thrombine werkt alleen in op één eiwit: fibrinogeen. Thrombine zet fibrinogeen in het bloed om in fibrine (door hydrolyse van Arg-Gly-bindingen in specifieke peptidesequenties), dat vervolgens polymeriseert en een stolsel vormt

Het vrije energieverschil (ΔG) tussen producten (C, D) en substraten (A, B) bepaalt de richting waarin de reactie spontaan verloopt ΔG < 0.

ΔG bepaalt of een reactie spontaan verloopt.Aanpassen concentraties reactanten & producten: reacties verlopen nu wel spontaan dit principe. Wordt toegepast bij het koppelen van allerlei reacties in metabole routes.

Het vrije energieverschil (ΔG) bepaalt de richting waarin de reactie verloopt; een enzym verandert niet het evenwicht van een chemische reactie!

Enzymen verlagen ΔG‡ het evenwicht van een reactie stelt zich sneller in.

Koolzuuranhydrase is een van de snelste enzymen. Elk enzymmolecuul kan 106 moleculen CO2 per seconde hydrateren. De katalytische cyclus wordt in een-miljoenste seconde doorlopen• CO2 wordt in de rode bloedcel gehydrateerd door koolzuuranhydrase• Het gevormde bicarbonaat wordt uitgewisseld met chloride en zo via het bloed naar de longen vervoerd• In de longen is de CO2-spanning laag, CO2 wordt derhalve afgegeven en koolzuuranhydrase vult dit aan door HCO3- terug om te zetten in CO2, zodat effectief CO2 uit het bloed verdwijnt

Apo-enzym + cofactor = holo-enzymStevig gebonden = prosthetische groepAlleen tijdens catalyse gebonden: co-substraatZink is cofactor koolzuuranhydrase

Vorming enzymsybstraatcomplex:

Katalytisch centrum enzym:- inkeping/gat in het enzym- katalytische groepen: aminozuurketens betrokken bij binding van substraten- specifiteit vd binding wordt bepaald door de precieze ruimtelijke orientatie van atomen in het centrum- unieke micro-omgeving- neemt een relatief klein deel van het totale enzymvolume in beslag- substraten worden via meerdere zwakke reversibele interacties gebonden- Enzymen zijn flexibel en daardoor kan de vorm van het actieve centrum zich aanpassen na binding van substraten (“induced fit”)- Kan gevormd worden door residuen die ver uiteen liggen in de primaire sequentie.

De interactie tussen het enzym en het substraat in het katalytische centrum bevordert

de vorming van de transitietoestand en verlaagt ΔG‡ (door de bindings energie).Voorbeeld: waterstofbruggen tussen ribonuclease en uridine van RNA veroorzaken een hoge mate van specificiteit van dit enzym (ribonuclease werkt niet met DNA (uracil thymine))

Michaelis-Menten: beschrijft kinetische eigenschappen van veel enzymen • kinetiek :de studie van de snelheden waarmee chemische reacties verlopen • enzymkinetiek: De studie van de snelheden waarmee enzym gekatalyseerde reacties verlopen • Een kinetische beschrijving van enzymactiviteit (V) helpt om te begrijpen hoe enzymen functioneren

De betekenis van KM (= (k2 + k-1)/k1)• KM-waarden variëren tussen 10-7 M en 10-1 M • KM is de waarde van de substraatconcentratie waarbij de helft van de bindingsplaatsen voor het substraat op het enzym bezet zijn (dus: helft van de maximale reactiesnelheid); het is een maat voor de substraatconcentratie die je nodig hebt om significante enzymkatalyse te laten optreden • De KM-waarde blijkt een goede indicatie te zijn voor de in vivo substraatconcentratie

1/kcat = tijd die een volledige katalytische cyclus duurt

Bij de meeste biochemische reacties zijn meerdere substraten betrokkenSequentiële reactie: alle substraten moeten aan het enzym binden (vorming van een ternair complex) voordat product gevormd wordt.Dubbele verplaatsingsreactie (Ping-Pong): een of meerdere producten verlaten het enzym voordat alle substraten gebonden zijn: vorming van een gesubstitueerd intermediair enzym. Voorbeeld: aspartaat aminotransferase (aminozuurafbraak)

Allostere enzymen vertonen ander gedrag dan MichaelisMenten kinetiek

Allostere enzymen bestaan uit meerdere sub-eenheden en hebben meerdere ‘active sites’; de binding van een substraat aan een sub-eenheid beïnvloedt de eigenschappen (katalytische capaciteit) van de andere sub-eenheid (“allos” betekent “andere”, “stereos” betekent “structuur”)

Irreversibele remming: de remmer is zeer sterk gebonden aan het enzym Reversibele remming: snelle dissociatie van het enzym-remmer complex. Competitief, uncompetitief (laatste = binding van inhibitor vind plaats na binding van substraat), noncompetitief

Hoofdstuk 15 (+ onderdelen van hoofdstukken 16, 17, 18 en 19): “Metabolism: Basic Concepts and Design”

Vrije energie wordt verkregen uit: • Zonlicht: fototrope organismes nemen zonlicht op gedurende de fotosynthese • Oxidatie van componenten (voedselmateriaal): chemotropen oxideren (koolstof) voedselmateriaal. Dit materiaal wordt gegenereerd door fototrope organismen.

GlycolyseOm te kunnen verlopen moet de vrije energieverandering behorende bij het totale proces negatief zijn.Alle reacties in de glycolyse worden gekatalyseerd door enzymen en deze metabole route is sterk gereguleerd.

Het glucose metabolisme bij mensen: • Glucose wordt gemetaboliseerd naar pyruvaat in 10 gekoppelde reacties van de glycolyse• Onder anaerobe omstandigheden wordt pyruvaat vervolgens gemetaboliseerd naar lactaat (de totale glycolyse heeft nu 2 ATP opgeleverd uit glucose) • Onder aerobe omstandigheden wordt pyruvaat via acetylCoA geoxideerd naar CO2 en H2O

Metabole routes• Katabole reacties (katabolisme): brandstoffen (karbohydraten, vetten) CO2 + H2O + bruikbare energie • Anabole reacties (anabolisme): bruikbare energie + kleine moleculen complexe moleculen• Sommige metabole routes kunnen zowel anabool of katabool zijn, afhankelijk van de energietoestand van de cel. Dergelijke routes worden amfibool genoemd (bijv. citroenzuurcyclus)

Citroezuurcyclus:• De citroenzuurcyclus wordt gebruikt om acetylgroepen (C2) volledig te oxideren en daarbij hoogenergetische elektronen te genereren in de vorm van NADH en FADH2• katabolisme (blauwe pijlen in rechterfiguur), en anabolisme (cyaankleurige pijlen in rechterfiguur) vinden beiden plaats. • “aanvulreactie” waarin pyruvaat omgezet wordt naar oxaalacetaat (groene pijl) door pyruvaatcarboxylase (om er voor te zorgen dat intermediairen in de citroenzuurcyclus niet opraken)

Pyruvaatcarboxylase laat een belangrijk principe in de Biochemie zien: ATPhydrolyse koppelen aan een energie vragende reactie.Pyruvaat + HCO3- + ATP oxaalacetaat + ADP + Pi + H+

Een thermodynamisch ongunstige reactie kan voortgedreven (verschoven) worden door koppeling aan een thermodynamisch gunstige reactie Een thermodynamisch ongunstige reactie kan voortgedreven verschoven) worden door koppeling aan ATP-hydrolyse

De toename in [Beq]/[Aeq] vergeleken met de niet ATP-gekoppelde reactie is: (2.61x102)/(1.19x10-3) = 2.2x105 = 220 000

Echter, het ATP-genererende systeem in cellen houdt de verhouding ([ATP]/[ADP] .[Pi]) op ongeveer 500 M-1. Bij deze verhouding verschuift het evenwicht tussen A en B nog verder richting overmaat B:

De toename in [Beq]/[Aeq] vergeleken met de niet ATP-gekoppelde reactie is nu: (1.31x105)/(1.19x 10-3) = 1.1x108!Door het evenwicht tussen A en B te koppelen aan ATP hydrolyse verschuift de ratio [A]/[B] van 841/1 naar 1/131000

De carboxylering van pyruvaat tot oxaalacetaat is gekoppeld aan ATP hydrolyse en verloopt in drie stappen: 1) HCO3- + ATPHOCO2-PO3

2- + ADP 2) Biotine-enzym + HOCO2-PO3

2- CO2-biotine-enzym + Pi3) CO2-biotine-enzym + pyruvaat(C3) biotine-enzym + oxaalacetaat(C4)

Netto: Pyruvaat + HCO3- + ATP oxaalacetaat + ADP + Pi + H+

De splitsing van CO2 van het CO2-biotine-enzym complex levert energie om pyruvaat te carboxyleren tot oxaalacetaatDe hydrolyse van ATP drijft het metabolisme door reacties met elkaar te koppelen en het bijbehorende evenwicht te verschuiven (een energie vragende reactie wordt gekoppeld aan een energie leverende reactie)

Waarom is ATP een energierijk molecuul? De structurele basis voor de hoge potentiaal behorend bij fosforyl-overdracht van ATP• Resonantiestabilisatie• Elektrostatische repulsie • Stabilisatie van fosfaat door hydratieVrij fosfaat heeft meer energetisch gunstige resonantiestructuren (4x) dan de terminale fosfaat van zowel ATP (3x) als ADP (3x)

De fosforyl-overdrachtspotentiaal van ATP ligt tussen die van andere biologisch belangrijke gefosforyleerde moleculenAlle componenten in de tabel die boven ATP staan kunnen door fosforyloverdracht ATP uit ADP vormen, degenen die eronder staan kunnen gevormd worden door ATP hydrolyse. Daarom is ATP is een geschikt intermediair voor overdracht van fosforylgroepen

ATP is gelimiteerd en wordt snel omgezet en moet na verbruik steeds weer aangevuld worden

Bij aerobe organismes is O2 de uiteindelijke elektronenacceptor gedurende de oxidatie van koolstof en waterstof, en de bijbehorende oxidatieproducten zijn CO2 en H2O

Vetten zijn efficiëntere brandstoffen dan glucose omdat in vetten koolstofatomen meer gereduceerd zijn

Gereduceerde moleculen bevatten meer vrije energie dan geoxideerde moleculenCH4 + 2O2 CO2 + 2H2O + vrijkomende vrije energie (warmte)• Het zijn de elektronen die van koolstof en waterstof naar zuurstof gaan die vrije energie (warmte) vrij maken• Van C-H naar O-H levert 4 x 50 = 200 kJ . mol-1• Van C-H naar C=O levert 2 x 310 = 620 kJ . mol-1• De totale vrijkomende vrije energie (reactiewarmte) = -820 kJ . mol-1

Extractie van energie uit voedselmateriaal:Fase 1: Digestie: levert geen bruikbare energie opFase 2: Glycolyse: levert een beetje bruikbare energie op (~2ATP)Fase 3: Citroenzuurcyclus/oxidative fosforylatie: Levert veel bruikbare energie op door productie van 8 e- met een hoge overdrachtspotentiaal (opgeslagen als “reducing equivalents” in 3 NADH+ 1 FADH2), die vervolgens door oxidatieve fosforylering een protonen-gradiënt creëren (dat is een elektrochemische potentiaal) die leidt tot ATP-vorming ~90% van de ATP

Extractie van vrije energie uit voedselmoleculen in de vorm van ATP• Tijdens het katabolisme wordt een beetje ATP gegenereerd (door fosforylering van substraten), maar het overgrote merendeel van de beschikbare vrije energie van voedselmoleculen wordt tijdelijk opgeslagen als “reducing equivalents” (chemische species die het equivalent van een elektron doorgeven) • De “reducing equivalents” (de elektronen) hebben een hoge overdrachtspotentiaal en worden overgedragen naar NAD+ en FAD en daarbij worden NADH en FADH2 gevormd • De “reducing equivalents” worden vervolgens meestal overgedragen aan een elektronentransportketen (een ‘ademhalingsketen’) • Een elektronentransportketen slaat de beschikbare vrije energie op in de vorm van een protonengradiënt (de elektronen zelf komen bij O2 terecht), en deze gradiënt drijft de synthese van ATP

Oxidatie kan direct gekoppeld worden aan ATP-synthese De directe oxidatie van de C-H naar een C-OH binding produceert 58.6 kJ . mol-1

Maar kan ook via tussenstappen. De vrije energie die oxidatie dan oplevert: * opgeslagen als een “hoge fosforyl-overdrachts-potentiaal” (1,3-BPG) !ATP * NADH wordt gebruikt in de oxidatieve fosforylering

Elektronentransportketens genereren iongradiënten over membranen die gekoppeld kunnen worden aan ATP-synthese. Oxidatieve fosforylering in mitochondriën:

De relatie tussen een verandering in redoxpotentiaal (ΔE0´) en de verandering in vrije

energie (ΔG0´) van een reactie is:n = aantal overgedragen elektronen F = Faraday constante = 96.48 kJ . V-1 . mol-1

• Een sterke reductor heeft een negatieve reductiepotentiaal; een sterk oxiderende stof heeft een positieve reductiepotentiaal• Het 1.14 V potentiaalverschil tussen NADH en O2 drijft het elektronentransport door de ademhalingsketen• Dit elektronentransport is gekoppeld aan de vorming van een protonengradiënt: (ΔG0´ = -2 . 96.48 . 1.14 = -220.1 kJ . mol-1) Bij de mens zijn de volgende reacties van belang: NADH + H+ + ½O2 NAD+ + H2O (ΔG0´ = -220.1 kJ .mol-1) FADH2 + ½O2 FAD + H2O (ΔG0´ = -201.0 kJ . mol-1)

Oxidatieve fosforylering: de elektronentransportketen genereert een protongradiënt die gebruikt wordt voor ATP synthese

ATP uit glucose

ATP bij volledige oxidatie van glucose in de mens:

Licht wordt gebruikt om elektronen naar een sterkere reductor (negatievere redoxpotentiaal) over te brengen

Geactiveerde dragers van elektronen ten behoeve van oxidatie van brandstof (voedsel): redoxreacties van NAD+ en NADP+

• Dit is de redoxreactie die gekatalyseerd wordt door NAD+-afhankelijke redoxenzymen H- (hydride) overdracht • NAD+ fungeert altijd als een co-enzym (het is een co-substraat)

Geactiveerde dragers van elektronen ten behoeve van oxidatie van brandstof (voedsel): redoxreacties van FAD

• Dit is de redoxreactie die gekatalyseerd wordt door FAD-afhankelijke redoxenzymen. • FAD is altijd gebonden aan het redoxenzym (het is een prosthetische groep)

Geactiveerde dragers van acylgroepen: Coenzym A (CoA)

De geactiveerde dragers zijn kinetisch stabiel in afwezigheid van een katalysator (enzym) maar thermodynamisch labiel: dit veroorzaakt dat enzymen de stroom van vrije energie en de reductiecapaciteit in een cel kunnen controleren.

Zes fundamentele reactietypes:1. Oxidatie-reductie reacties 2. Ligatie reacties vormen bindingen door de vrije energie die hydrolyse van ATP oplevert te gebruiken 3. Isomerisatie reacties herrangschikken bepaalde atomen binnen een molecuul 4. Groepsoverdracht reacties5. Hydrolytische reacties splitsen bindingen door additie van water 6. Toevoeging of verwijdering van functionele groepen om respectievelijk enkele of dubbele bindingen te maken: lyases

Metabole processen worden op drie belangrijke manieren gereguleerd • Controle van de hoeveelheid enzym – snelheid van transcriptie/snelheid van degradatie • Controle van de katalytische activiteit van enzymen – reversibele allosterische controle (bijv.: terugkoppelingsinhibitie) – reversibele covalente modificatie – metabole relaties tussen verschillende weefsels worden gecoördineerd door hormonen en dat gebeurd vaak door reversibele covalente modificatie van sleutelenzymen – controle van de energiestatus van een cel • Controle van de beschikbaarheid aan substraat – compartmentalisering van reacties (vetzuur-oxidatie/synthese) – controle van de stroom aan substraten van het ene compartement naar het andere (bijvoorbeeld van cytosol naar mitochondria)