Samenvatting cel 3 - H1 tem 9 (excl. Lipiden)

Hoofdstuk 1 – inleiding op het metabolisme
1.1. Algemene beschouwing
Het metabolisme is de som van de chemische reac es die in het organisme plaatsvinden waarbij
energie wordt geproduceerd of verbruikt.

Waarom moeten cellen energie produceren?
 De processen die plaatsvinden in cellen/organen gebeuren niet ‘gra s’ maar vereisen input van
energie. Die energie zorgt er dus voor dat we leven. Denk bijvoorbeeld aan hersenac viteit,
spiercontrac e, celgroei, celdeling,…

Deze reac es zijn georganiseerd in metabole routes:

 Lineaire routes: vb. glycolyse
 Cyclische routes: vb. krebscyclus
 Vertakte routes

Metabolisme splits zich op in 2 takken:

 Katabolisme:
= Verzameling van alle metabole reac es die gericht zijn op a reken van bv. suikers,
lipiden,…
o De moleculen worden afgebroken door gebruik van O2 en vorming van CO2/H2O.
o Dit proces maakt chemische energie vrij die nodig is voor het anabolisme (opbouwen
van bv. lipiden) en arbeid (energie vereisende processen) zoals bv. spierbeweging,
hersenac viteit, celgroei/celdeling.
o De voornaamste brandstofmoleculen zijn:
 Koolhydraten
 Vetzuren
 Aminozuren
o A raak is hoofdzakelijk oxida e.
o De a raakprocessen zorgen voor vorming van intermediairen/precursoren voor
biosynthese. (Het katabolisme doet dus niet alleen aan a reken)
o = exergonisch: energie komt vrij in de vormt van ATP (= opslagplaats voor energie).
Hoe meer ATP, hoe meer processen aangestuurd.
o De oxida eve reac es van het katabolisme resulteren ook in de transfer van
reducerende equivalenten naar de co-enzymen NAD + en NADP+ met vorming van
NADH + H+ en NADPH + H+ (meer ATP)
 Anabolisme:
= is gericht op het verbruiken van energie voor synthese van complexe moleculen (bv.
eiwi en, lipiden, nucleo dezuren,…)
o = endergonisch (energie in pompen): de energie wordt gehaald uit ATP of uit
gereduceerde equivalenten die gestockeerd zi en in bv. NADPH (NADP+  NADPH)
o Anabolisme wordt ondersteund door het katabolisme.
 Turn-over: maken <> a reken

,  NADH en NADPH = gereduceerde equivalenten
NAD+ en NADP+ = geoxideerde equivalenten
 ATP, NADH en NADPH ondersteunen het anabolisme
 Anabolisme = fysiologische processen die energie nodig hebben
 CO2,H2O en NH3 (= eiwit) zijn de finale uitgangsproducten van het
katabolisme.
 Verhouding van hoeveelheid nucleïnezuren, proteïnen, lipiden als brandstof is a ankelijke
van het type orgaan en hoeveel ATP het maakt (hoeveelheid= variabele):
o Rode bloedcellen (erythrocyten) en zenuwweefsel (neuronen zijn a ankelijk van
koolhydraten) gebruiken enkel koolhydraten.
 Heel interessante medische toepassingen zijn hier op gebaseerd bv. PET-
imaging (checken op hersenkanker).
o Lever van een diabe cus gaat op een andere manier energie genereren. Die hee
een tekort aan koolhydraten in de weefsel (voldoende glucose in de circula e maar
komt niet in de cellen terecht)  lipiden metaboliseren/a reken om daar energie uit
te halen (doordat er een tekort is aan suiker in de lever).
o Hart- en skeletspieren halen hun energie uit katabole processen (a raak van suikers)
en ze en die om in mechanische energie.
 Vitaminen B3 (vitaminen = voorlopers van co-enzymen en ondersteunen in het metabolisme)
kan miskramen en afwijkingen voorkomen.
o Tekort aan molecule NAD+
o
Vit B3 kan deze tekortkoming oplossen door zichzelf om te ze en naar NAD+

,1.2. Adenosinetrifosfaat (ATP) als energiedrager (drager van vrije energie)
1.2.1. Adenosinefosfaat




 De base (adenine = een purine) is via een glycosidische binding verbonden aan de ribose (=
suikergroep)  vorming van adenosine
 De ac eve vorm van ATP is een complex met Mg2+ (zie foto)
o Mg2+ stabiliseert de nega eve ladingen van O-.
 Drie fosforylgroepen zijn veresterd op de 5’ posi e van de ribose-eenheid in wat men noemt
fosfoanhydrische bindingen.
o De twee terminale fosforylgroepen (bèta en gamma) worden bestempeld als
energierijke bindingen (= high-energy bonds). Dit betekent dat de vrije energie die
ontstaat bij hydrolyse van een energierijke fosfoanhydride binding veel groter is dan
die van een gewone fosfaat-ester binding.
 ΔG° bij splitsing van fosfoanhydride binding (loslaten van een fosfaatgroep)
>> ΔG° fosfaat-ester binding.
 Fosfaatesters zoals glucose 6-fosfaat: bij splitsing nega eve ΔG°’ (= vrije
energie) van 1 tot 3 kcal/mol
 Energierijke bindingen: nega eve ΔG°’ van 5-15 kcal/mol
o Energierijke binding is niet gelijk aan een stabiele binding:
 Het concept van een energierijke verbinding betekent dat producten van de
hydroly sche splitsing van een energierijke binding stabieler zijn dan de
oorspronkelijke verbinding.
 ATP = zeer onstabiel
 Synthese van ATP/verbruik van ATP is gekoppeld aan de vorming/hydrolyse van de terminale
fosfaatgroep(en) ( Bèta en Gamma)
 ATP wordt nooit opgeslagen  direct gebruikt omdat het zeer onstabiel is.

,  Door ATP hydrolyse komt energie vrij:




o Door de hydrolyse van ATP naar ADP (adenosinedifosfaat) en Pi (orthofosfaat) of naar
AMP (adenosinemonofosfaat) en PPi (pyrofosfaat) komt energie vrij.
 1 kcal = 4.184 kJ

1.2.2. Defini e van ΔG
 ΔG is de verandering van vrije energie die optreedt jdens een bepaalde reac e. Het is de
maximale hoeveelheid energie die vrijgegeven wordt bij de verandering van toestand A naar
toestand B. (A <> B)
 Reac e is spontaan als ΔG° < 0: exergonisch proces (energie vrijkomen)
ΔG° > 0: endergonisch proces = reac e is niet spontaan (energie investeren).
 ΔG bepaalt reac e evenwicht en niet de snelheid.
o ΔG wordt bepaalt door:
 De natuur van reagen a A en B (ΔG° = de vrije-energieverandering voor deze
reac e, d.w.z. bij concentra e van reactanten aan 1 molair, 1 atm druk en
1 M [H+] of pH = 0)
 De concentra es van A en B

,1.2.3. Defini e van ΔG° en ΔG°’
 We moeten de protonen concentra e aanpassen want in bovenstaande berekeningen zaten
we in ideale omstandigheden:
o [H+] = 1 M  pH = 0 maar ons metabolisme werkt niet op pH = 0 dus moeten we
onze pH aanpassen naar pH =7.
o Gewijzigde standaardtoestand: [H+] = 10-7 M (pH = 7)
o  ΔG°’ = aangepast aan cellulaire condi es:




o Kev is experimenteel bepaald en is > 103 want de hydrolyse van ATP naar ADP en Pi is
een aflopende reac e (reac e naar rechts). Dit komt omdat ATP zeer onstabiel is en
zo snel mogelijk naar stabielere vorm wilt.

, 1.2.4. De fysiologische ΔG
 In levende cellen liggen de meeste concentra es in het millimolaire gebeid (mM) Dit zorgt
ervoor dat er verschillende ΔG’s zijn door verschillende concentra es van ATP, ADP en Pi in de
cel (bepaald door waar de hydrolyse doorgaat: verschilt van weefsel tot weefsel)




o Dit wel dus zeggen dat de werkelijke vrije energie van ATP-hydrolyse in een spiercel
ongeveer 76% groter is dan de standaard energie van hydrolyse.

1.2.5. Koppeling van reac es
 Bij energie-producerende en energie-verbruikende metabolische cascades die plaatsgrijpen
in cellulaire systemen zijn de vrije-energieveranderingen addi ef
o A  B  C  D:
ΔG°’(A-D) = ΔG°’ (AB) + ΔG°’ (BC) + ΔG°’ (CD)
 Als de som ΔG°’ nega ef is, is de reac e aflopend. Zelfs wanneer er een
reac e tussen zit die voor ΔG°’ posi ef is.
o Reac es met een posi eve ΔG°’ kunnen niet spontaan verlopen tenzij ze gekoppeld
kunnen worden aan een tweede reac e met een nega eve ΔG°’, zodat de totale ΔG°’
nega ef is.
o Er moet wel een mechanisme zijn dat in staat is om beide reac es te koppelen:
enzymen