BIOCHEMIE: METABOLISME
H1: DEFINITIE VAN METABOLISME
➔ Metabolisme of stofwisseling= alle chemische reacties die het leven nodig heeft om zichzelf in stand
te houden, te groeien, zich als soort te verdedigen en nakomelingen voort te brengen
- Anabolisme: opbouw, energie-vragend
- Katabolisme: afbraak, energie – verwervend
Chemische reacties van metabole processen worden gekatalyseerd door enzymen, 6 klassen:
1. Oxidoreductasen
- Deydrogenasen: enzym dat een substraat oxideert door een parallelle reductiereactie, waarbij (een)
hydride(s)getransfereerd wordt naar een electronenacceptor (gewoonlijk NAD+, NADP+ of flavine
coenzymen)
- Oxygenasen: een enzym dat een substraat oxideert door transfer van zuurstof
2. Transferasen: katalyseren de transfer van een functionele groep van een molecuul naar een ander
molecuul: A-X → A + B-X
3. Hydrolasen: katalyseren de hydrolyse van een chemische binding: A-B + H20 → A-OH + B-H
- Peptidasen/ proteasen
- Sacharidasen
- Nucleotidasen (RNasen/DNasen)
4. Lyasen: Enzymen die een chemische binding breken op een andere manier dan via hydrolyse en
oxidatie. Vaak wordt een nieuwe dubbele binding gevormd, of een nieuwe ringstructuur
Vb. ATP → cAMP + Ppi
- Decarboxylaesn
- Aldolasen
5. Isomerasen
- Rasemasen: katalyseren de stereochemische inversie van de configuratie rond een asymmetrisch C-
atoom in een substraat dat slechts 1 asymmetriecenter heeft (bv. L-aminozuur <-> D-
aminozuur)
- Epimerasen; katalyseren de stereochemische inversie van de configuratie rond een asymmetrisch C-
atoom in een substraat dat meerdere centra van asymmetrie heeft
- Mutasen: katalyseren shift van een functionele groep van 1 positie naar een andere positie binnen
zelfde molecuul
6. Ligasen: katalyseren het aan elkaar lijmen van 2 moleculen ter vorming van een nieuwe chemische
binding (RNA en DNA polymerasen)
- Koolhydraten: energie en structuur
- Lipiden: energie en biologische membranen
- Proteïnen: functionele biomoleculen
- Nucleïnezuren en nucleotiden: informatiedragende moleculen
,ATP = munteenheid voor energieverbruik, gebruikt voor:
- Basaal metabolisme: metabolisme in rust, nodig voor het onderhoud van levensfuncties, 4 vitale
organen: hart, hersenen, lever en nier
- Spijsvertering
- Skeletspieren
METABOLE PADEN EN METABOLE FLUX
Metabole flux= aantal moleculen van een metaboliet die per tijd en per celhoeveelheid langs een bepaald
punt een metabool pad passeert.
Fluxbepalende stap: bepaalt of een reactie al dan niet kan doorgaan= onomkeerbaar (meestal in het begin),
hier is het de eerste stap :
De flux wordt beïnvloed door:
1) de beschikbaarheid en de mate van activiteit van enzymen,
2) concentratieverschillen tussen substraat en reactieproduct,
3) diffusie-afstanden en dus de toegankelijkheid van enzyme tot substraat
3 mechanismen voor metabole fluxcontrole:
1. Genexpressie van flux controlerende enzymen
Bv. pyruvaat kinase expressie wordt gestimuleerd als glucose in het bloed hoog is
2. Modificatie van enzymen op eiwitniveau
- Aan/onthechting van functionele groepen bv. Fosforylering: kan het enzym actief of juist inactief
maken
- Allosterie: vormveranderingen
3. Toegankelijkheid van enzym tot substraat
Bv. glucokinase verdwijnt uit cytosol tijdens vasten
Bij te veel productie van het product kan het eerste enzym in het metabole pad onderdrukt worden
G is allosterische remmer van enzym I
➔ Fosforylatie van enzym I : inactivatie
,Katabole wegen: 4 fasen
1. Vertering van macromolecule via hydrolyse (hydrolasen nodig)
➔ Bij eukaryoten: in de holtes van spijsverteringssysteem, BEHALVE glycogenolyse
2. Omzetting van bouwstenen naar acetyl CoA
3. Acetyl CoA → krebs waar het geoxideerd wordt tot CO2 → weinig ATP wel veel energierijke
elektronen
4. Reducerend vermogen van ATP wordt gebruik in de oxidatieve fosforylatie
Anabole wegen
Processen:
- De gluconeogenese
- De glycogeensynthese
- De vetzuursynthese
- De cholesterolsynthese
- De aminozuursynthese
- De synthese van nucleotiden
Nodig: bouwstenen, ATP + reducerend vermogen, essentiële voedingsstofen uit eten
Amphibole reacties: Zijn zowel betrokken bij anabole als katabole reacties (vb. krebs)
CELLULAIRE LOKALISATIES VAN METABOLE PADEN: VAN H1 MEESTAL HIERUIT EEN VRAAG
, AANGEBOREN METABOLE ZIEKTES
Metabole ziekten met Aan de basis van metabole ziektes een genetisch defect aan een enzymcoderend gen zijn
zeldzame aandoeningen
➔ Functionele tekorten: wijzigt de flux thv een bepaald punt
➔ Substraten accumuleren zich
- Kan soms een voordeel bieden:
Voorbeeld. de dragers van één mutant allel van de X-gebonden familiale glucose-6-fosfaat
dehydrogenasedeficiëntie zijn vanwege de impact op erythrocyten beschermd tegen malaria.
H2: GLYCOLYSE
Via 10 stappen van glucose (hexose) → pyruvaat (triose)
Alle weefsels/cellen kunnen aan glycolyse doen → In hersencellen, bloedplaatjes en retina van het oog is
glycolyse de enige pathway als bron voor ATP
Metabole pad Vindt plaats in het cytoplasma
Netto reactie: Glucose + 2ADP + 2NAD + + 2Pi → 2 pyruvaat + 2ATP + 2NADH + 2 H+ + 2H2O.
Vervolg: Krebs cyclus, oxidatie tot CO2, reductie van cofactoren
➔ Hierna: Oxidatie van gereduceerde cofactoren in de elektronentransportketen
Fosforylgroeptransferpotentiaal:
- Fosforylatie op substraatniveau: fosfaatverbindingen met een hogere energie – inhoud dan ATP,
kunnen ATP rechtstreeks maken uit ADP en Pi : X-P +ADP → X-OH + ADP-P (ATP)
- Fosfaatverbindingen met een lagere energie inhoud dan ATP, deze verbindingen worden gemaakt
mbv. ATP in een kinase reactie: ADP-P (ATP) + Y-OH → ADP + Y-P
H1: DEFINITIE VAN METABOLISME
➔ Metabolisme of stofwisseling= alle chemische reacties die het leven nodig heeft om zichzelf in stand
te houden, te groeien, zich als soort te verdedigen en nakomelingen voort te brengen
- Anabolisme: opbouw, energie-vragend
- Katabolisme: afbraak, energie – verwervend
Chemische reacties van metabole processen worden gekatalyseerd door enzymen, 6 klassen:
1. Oxidoreductasen
- Deydrogenasen: enzym dat een substraat oxideert door een parallelle reductiereactie, waarbij (een)
hydride(s)getransfereerd wordt naar een electronenacceptor (gewoonlijk NAD+, NADP+ of flavine
coenzymen)
- Oxygenasen: een enzym dat een substraat oxideert door transfer van zuurstof
2. Transferasen: katalyseren de transfer van een functionele groep van een molecuul naar een ander
molecuul: A-X → A + B-X
3. Hydrolasen: katalyseren de hydrolyse van een chemische binding: A-B + H20 → A-OH + B-H
- Peptidasen/ proteasen
- Sacharidasen
- Nucleotidasen (RNasen/DNasen)
4. Lyasen: Enzymen die een chemische binding breken op een andere manier dan via hydrolyse en
oxidatie. Vaak wordt een nieuwe dubbele binding gevormd, of een nieuwe ringstructuur
Vb. ATP → cAMP + Ppi
- Decarboxylaesn
- Aldolasen
5. Isomerasen
- Rasemasen: katalyseren de stereochemische inversie van de configuratie rond een asymmetrisch C-
atoom in een substraat dat slechts 1 asymmetriecenter heeft (bv. L-aminozuur <-> D-
aminozuur)
- Epimerasen; katalyseren de stereochemische inversie van de configuratie rond een asymmetrisch C-
atoom in een substraat dat meerdere centra van asymmetrie heeft
- Mutasen: katalyseren shift van een functionele groep van 1 positie naar een andere positie binnen
zelfde molecuul
6. Ligasen: katalyseren het aan elkaar lijmen van 2 moleculen ter vorming van een nieuwe chemische
binding (RNA en DNA polymerasen)
- Koolhydraten: energie en structuur
- Lipiden: energie en biologische membranen
- Proteïnen: functionele biomoleculen
- Nucleïnezuren en nucleotiden: informatiedragende moleculen
,ATP = munteenheid voor energieverbruik, gebruikt voor:
- Basaal metabolisme: metabolisme in rust, nodig voor het onderhoud van levensfuncties, 4 vitale
organen: hart, hersenen, lever en nier
- Spijsvertering
- Skeletspieren
METABOLE PADEN EN METABOLE FLUX
Metabole flux= aantal moleculen van een metaboliet die per tijd en per celhoeveelheid langs een bepaald
punt een metabool pad passeert.
Fluxbepalende stap: bepaalt of een reactie al dan niet kan doorgaan= onomkeerbaar (meestal in het begin),
hier is het de eerste stap :
De flux wordt beïnvloed door:
1) de beschikbaarheid en de mate van activiteit van enzymen,
2) concentratieverschillen tussen substraat en reactieproduct,
3) diffusie-afstanden en dus de toegankelijkheid van enzyme tot substraat
3 mechanismen voor metabole fluxcontrole:
1. Genexpressie van flux controlerende enzymen
Bv. pyruvaat kinase expressie wordt gestimuleerd als glucose in het bloed hoog is
2. Modificatie van enzymen op eiwitniveau
- Aan/onthechting van functionele groepen bv. Fosforylering: kan het enzym actief of juist inactief
maken
- Allosterie: vormveranderingen
3. Toegankelijkheid van enzym tot substraat
Bv. glucokinase verdwijnt uit cytosol tijdens vasten
Bij te veel productie van het product kan het eerste enzym in het metabole pad onderdrukt worden
G is allosterische remmer van enzym I
➔ Fosforylatie van enzym I : inactivatie
,Katabole wegen: 4 fasen
1. Vertering van macromolecule via hydrolyse (hydrolasen nodig)
➔ Bij eukaryoten: in de holtes van spijsverteringssysteem, BEHALVE glycogenolyse
2. Omzetting van bouwstenen naar acetyl CoA
3. Acetyl CoA → krebs waar het geoxideerd wordt tot CO2 → weinig ATP wel veel energierijke
elektronen
4. Reducerend vermogen van ATP wordt gebruik in de oxidatieve fosforylatie
Anabole wegen
Processen:
- De gluconeogenese
- De glycogeensynthese
- De vetzuursynthese
- De cholesterolsynthese
- De aminozuursynthese
- De synthese van nucleotiden
Nodig: bouwstenen, ATP + reducerend vermogen, essentiële voedingsstofen uit eten
Amphibole reacties: Zijn zowel betrokken bij anabole als katabole reacties (vb. krebs)
CELLULAIRE LOKALISATIES VAN METABOLE PADEN: VAN H1 MEESTAL HIERUIT EEN VRAAG
, AANGEBOREN METABOLE ZIEKTES
Metabole ziekten met Aan de basis van metabole ziektes een genetisch defect aan een enzymcoderend gen zijn
zeldzame aandoeningen
➔ Functionele tekorten: wijzigt de flux thv een bepaald punt
➔ Substraten accumuleren zich
- Kan soms een voordeel bieden:
Voorbeeld. de dragers van één mutant allel van de X-gebonden familiale glucose-6-fosfaat
dehydrogenasedeficiëntie zijn vanwege de impact op erythrocyten beschermd tegen malaria.
H2: GLYCOLYSE
Via 10 stappen van glucose (hexose) → pyruvaat (triose)
Alle weefsels/cellen kunnen aan glycolyse doen → In hersencellen, bloedplaatjes en retina van het oog is
glycolyse de enige pathway als bron voor ATP
Metabole pad Vindt plaats in het cytoplasma
Netto reactie: Glucose + 2ADP + 2NAD + + 2Pi → 2 pyruvaat + 2ATP + 2NADH + 2 H+ + 2H2O.
Vervolg: Krebs cyclus, oxidatie tot CO2, reductie van cofactoren
➔ Hierna: Oxidatie van gereduceerde cofactoren in de elektronentransportketen
Fosforylgroeptransferpotentiaal:
- Fosforylatie op substraatniveau: fosfaatverbindingen met een hogere energie – inhoud dan ATP,
kunnen ATP rechtstreeks maken uit ADP en Pi : X-P +ADP → X-OH + ADP-P (ATP)
- Fosfaatverbindingen met een lagere energie inhoud dan ATP, deze verbindingen worden gemaakt
mbv. ATP in een kinase reactie: ADP-P (ATP) + Y-OH → ADP + Y-P
