SE zelfstudie 1 – regulering van het
koolhydraatmetabolisme
1.1: overzicht regulering koolhydraatmetabolisme en samenhang
met vetzuur en ketonlichaam metabolisme
Lever en vetweefsel zijn de belangrijkste organen bij de glucostase.
Functies:
Lever: zorgt dat de bloedsuikerspiegel op peil blijft, en er worden bijvoorbeeld suikers
afkomstig van de spijsvertering opgeslagen, omgezet naar TAG en weer geëxporteerd. De
lever zorgt ook voor omzetting van lactaat, aminozuren en glycerol in glucose
gluconeogenese. Ketonlichaamproductie gebeurt alleen in de lever. Herkauwer is
uitzondering: deze kan ook ketonlichamen vormen in de penswand. Gluconeogenese en
ketogenese zijn belangrijk bij tekort aan koolhydraten, en worden aangestuurd door de
pancreashormonen insuline en glucagon.
Vetweefsel: werkt nauw samen met de lever. Adipocyten reguleren de afgifte van vrije
vetzuren aan het bloed, en daarmee ook de oxidatie van vetzuren, ketonlichaam-
metabolisme en verbruik van glucose.
Er zijn dus verschillende substraten voor verbranding. Myocyten zijn “omnivoor”: afhankelijk van het
aanbod worden glucose, vetzuren of aminozuren verbrand. Andere cellen zijn kieskeuriger, hersenen
gebruiken alleen glucose. Alleen tijdens langdurige hongerperiode schakelen de hersenen over naar
ketonlichamen.
Glucose wordt veel
gebruikt als
1 substraat,
Daniek tenenHoeve
het is - 2021
dus belangrijk dat
de glucose in het
bloed op peil wordt
gehouden
glucostase. De
concentraties van
andere substraten
zoals vetzuren, TAG
en ketonlichamen
variëren sterk en
hangen af van dieet,
lichamelijke
inspanning en
hormonale status ([INS]/[GCN]).
Onderstaande tabel is een overzicht van verschillende processen die door verschillende hormonen
worden gereguleerd.
, 1.2: verschillende principes waarop regulatie in het metabolisme is
gebaseerd
2 Daniek ten Hoeve - 2021
Stryer: paragraaf 15.6
Metabolisme moet goed gereguleerd worden, er moet homeostase zijn. De regulering moet echter
ook flexibel zijn, en zich aan kunnen passen aan veranderende omstandigheden binnen en buiten de
cel. Metabolisme wordt door drie punten gereguleerd:
1. De hoeveelheid enzymen
2. De katalytische activiteit van de enzymen
3. De beschikbaarheid van substraat
De hoeveelheid van een bepaald enzym is afhankelijk van de snelheid van synthese en degradatie. De
hoeveelheid enzymen wordt vooral aangepast door een verandering in de snelheid van transcriptie
van de genen die coderen voor het enzym.
De activiteit van enzymen kan op verschillende manieren gereguleerd worden.
Allosterische regulering: een belangrijke manier van regulering. Een voorbeeld hiervan, is
dat in veel biosynthetische processen de eerste stap allosterisch wordt geremd door het
uiteindelijke product feedback inhibition.
Activatie en deactivatie door reversible covalent modification: bijvoorbeeld het activeren
van glycogeen fosforylase doordat het gefosforyleerd wordt.
Hormonale regulering: hormonen reguleren bepaalde cascades waardoor een enzym
geactiveerd of gedeactiveerd wordt. Adrenaline bijvoorbeeld zorgt voor een signaal-
transductie cascade in de spier waardoor bepaalde enzymen gefosforyleerd en geactiveerd
worden, waardoor glycogeen afgebroken wordt tot glucose. Glucagon heeft hetzelfde effect
in de lever, maar hier wordt de glucose in het bloed losgelaten zodat andere weefsels het
kunnen gebruiken. Veel hormonen werken via cAMP.
Energie status van de cel: een index van de energie status is de energy charge:
, De energy charge kan een waarde hebben van 0 (alles AMP)
tot 1 (alles ATP). Hoge energy charge remt ATP-producerende
(katabole) processen en stimuleert ATP-gebruikende (anabole)
processen. Je kan het dus ook zien alsof anabole en katabole
processen zich aanpassen om de energy charge binnen
bepaalde waarden te houden: de energy charge wordt als het
ware net als pH “gebufferd”. De energy charge van de meeste
cellen ligt tussen de 0,80 en 0,95.
De laatste manier van regulatie is het reguleren van beschikbaarheid
van substraat. Verbranding van glucose kan bijvoorbeeld alleen plaatsvinden als insuline ervoor zorgt
dat glucose wordt opgenomen in de cel. Het uitgangspunt van deze manier van regulatie is
compartmentalization van bepaalde processen. Bijvoorbeeld: vetzuuroxidatie vindt plaats in het
mitochondrium, terwijl vetzuursynthese plaatsvindt in het cytoplasma. Tegengestelde reacties
vinden plaats in verschillende locaties van de cel.
1.3: glucose-transport en afgifte van insuline door de pancreas
Opname van glucose uit het bloed door cellen vindt plaats door middel van glucose-transporters
(GLUTs).
Stryer: paragraaf 16.4 vanaf “A family of transporters…”
Er bestaan 5 soorten GLUTs:
GLUT1 t/m GLUT5. Ze bestaan uit
3 een
Daniek
enkeletenpolypeptideketen
Hoeve - 2021 van
ongeveer 500 aminozuren.
GLUT1 en GLUT3: zitten
op bijna alle dierlijke
cellen. Net zoals enzymen
hebben GLUTs KM
waarden, alleen bij GLUTs
gaat het dan om de
concentratie van de stof
die getransporteerd is bij een halve maximale snelheid. Bij GLUT1 en GLUT3 bedraagt deze
waarde 1 mM, veel minder dan de gemiddelde concentratie van glucose in het bloed. GLUT1
en GLUT3 zorgen dus voor een constante opname van glucose in de cellen.
GLUT2: is aanwezig in de lever en bèta pancreascellen. De K M waarde is heel hoog: 15-20
mM. Glucose wordt dus alleen opgenomen als er veel glucose in het bloed zit. De pancreas
kan op die manier “voelen” hoeveel glucose er in het bloed zit, en hierbij de insuline afgifte
aanpassen.
GLUT4: transporteert glucose naar spier- en vetcellen. Het aantal GLUT4 in het
plasmamembraan vermeerdert enorm bij een toename van insuline. Insuline verhoogt dus
de glucoseopname in spier en vet.
GLUT5: is aanwezig in de dunne darm, vooral functioneel als fructose-transporter.
Syllabus
GLUT4 komt dus in de spier en het vetweefsel tot expressie, en in hogere mate bij een toename van
insuline. De glucose-transporters liggen in vesicles klaar in de cel en worden onder invloed van
koolhydraatmetabolisme
1.1: overzicht regulering koolhydraatmetabolisme en samenhang
met vetzuur en ketonlichaam metabolisme
Lever en vetweefsel zijn de belangrijkste organen bij de glucostase.
Functies:
Lever: zorgt dat de bloedsuikerspiegel op peil blijft, en er worden bijvoorbeeld suikers
afkomstig van de spijsvertering opgeslagen, omgezet naar TAG en weer geëxporteerd. De
lever zorgt ook voor omzetting van lactaat, aminozuren en glycerol in glucose
gluconeogenese. Ketonlichaamproductie gebeurt alleen in de lever. Herkauwer is
uitzondering: deze kan ook ketonlichamen vormen in de penswand. Gluconeogenese en
ketogenese zijn belangrijk bij tekort aan koolhydraten, en worden aangestuurd door de
pancreashormonen insuline en glucagon.
Vetweefsel: werkt nauw samen met de lever. Adipocyten reguleren de afgifte van vrije
vetzuren aan het bloed, en daarmee ook de oxidatie van vetzuren, ketonlichaam-
metabolisme en verbruik van glucose.
Er zijn dus verschillende substraten voor verbranding. Myocyten zijn “omnivoor”: afhankelijk van het
aanbod worden glucose, vetzuren of aminozuren verbrand. Andere cellen zijn kieskeuriger, hersenen
gebruiken alleen glucose. Alleen tijdens langdurige hongerperiode schakelen de hersenen over naar
ketonlichamen.
Glucose wordt veel
gebruikt als
1 substraat,
Daniek tenenHoeve
het is - 2021
dus belangrijk dat
de glucose in het
bloed op peil wordt
gehouden
glucostase. De
concentraties van
andere substraten
zoals vetzuren, TAG
en ketonlichamen
variëren sterk en
hangen af van dieet,
lichamelijke
inspanning en
hormonale status ([INS]/[GCN]).
Onderstaande tabel is een overzicht van verschillende processen die door verschillende hormonen
worden gereguleerd.
, 1.2: verschillende principes waarop regulatie in het metabolisme is
gebaseerd
2 Daniek ten Hoeve - 2021
Stryer: paragraaf 15.6
Metabolisme moet goed gereguleerd worden, er moet homeostase zijn. De regulering moet echter
ook flexibel zijn, en zich aan kunnen passen aan veranderende omstandigheden binnen en buiten de
cel. Metabolisme wordt door drie punten gereguleerd:
1. De hoeveelheid enzymen
2. De katalytische activiteit van de enzymen
3. De beschikbaarheid van substraat
De hoeveelheid van een bepaald enzym is afhankelijk van de snelheid van synthese en degradatie. De
hoeveelheid enzymen wordt vooral aangepast door een verandering in de snelheid van transcriptie
van de genen die coderen voor het enzym.
De activiteit van enzymen kan op verschillende manieren gereguleerd worden.
Allosterische regulering: een belangrijke manier van regulering. Een voorbeeld hiervan, is
dat in veel biosynthetische processen de eerste stap allosterisch wordt geremd door het
uiteindelijke product feedback inhibition.
Activatie en deactivatie door reversible covalent modification: bijvoorbeeld het activeren
van glycogeen fosforylase doordat het gefosforyleerd wordt.
Hormonale regulering: hormonen reguleren bepaalde cascades waardoor een enzym
geactiveerd of gedeactiveerd wordt. Adrenaline bijvoorbeeld zorgt voor een signaal-
transductie cascade in de spier waardoor bepaalde enzymen gefosforyleerd en geactiveerd
worden, waardoor glycogeen afgebroken wordt tot glucose. Glucagon heeft hetzelfde effect
in de lever, maar hier wordt de glucose in het bloed losgelaten zodat andere weefsels het
kunnen gebruiken. Veel hormonen werken via cAMP.
Energie status van de cel: een index van de energie status is de energy charge:
, De energy charge kan een waarde hebben van 0 (alles AMP)
tot 1 (alles ATP). Hoge energy charge remt ATP-producerende
(katabole) processen en stimuleert ATP-gebruikende (anabole)
processen. Je kan het dus ook zien alsof anabole en katabole
processen zich aanpassen om de energy charge binnen
bepaalde waarden te houden: de energy charge wordt als het
ware net als pH “gebufferd”. De energy charge van de meeste
cellen ligt tussen de 0,80 en 0,95.
De laatste manier van regulatie is het reguleren van beschikbaarheid
van substraat. Verbranding van glucose kan bijvoorbeeld alleen plaatsvinden als insuline ervoor zorgt
dat glucose wordt opgenomen in de cel. Het uitgangspunt van deze manier van regulatie is
compartmentalization van bepaalde processen. Bijvoorbeeld: vetzuuroxidatie vindt plaats in het
mitochondrium, terwijl vetzuursynthese plaatsvindt in het cytoplasma. Tegengestelde reacties
vinden plaats in verschillende locaties van de cel.
1.3: glucose-transport en afgifte van insuline door de pancreas
Opname van glucose uit het bloed door cellen vindt plaats door middel van glucose-transporters
(GLUTs).
Stryer: paragraaf 16.4 vanaf “A family of transporters…”
Er bestaan 5 soorten GLUTs:
GLUT1 t/m GLUT5. Ze bestaan uit
3 een
Daniek
enkeletenpolypeptideketen
Hoeve - 2021 van
ongeveer 500 aminozuren.
GLUT1 en GLUT3: zitten
op bijna alle dierlijke
cellen. Net zoals enzymen
hebben GLUTs KM
waarden, alleen bij GLUTs
gaat het dan om de
concentratie van de stof
die getransporteerd is bij een halve maximale snelheid. Bij GLUT1 en GLUT3 bedraagt deze
waarde 1 mM, veel minder dan de gemiddelde concentratie van glucose in het bloed. GLUT1
en GLUT3 zorgen dus voor een constante opname van glucose in de cellen.
GLUT2: is aanwezig in de lever en bèta pancreascellen. De K M waarde is heel hoog: 15-20
mM. Glucose wordt dus alleen opgenomen als er veel glucose in het bloed zit. De pancreas
kan op die manier “voelen” hoeveel glucose er in het bloed zit, en hierbij de insuline afgifte
aanpassen.
GLUT4: transporteert glucose naar spier- en vetcellen. Het aantal GLUT4 in het
plasmamembraan vermeerdert enorm bij een toename van insuline. Insuline verhoogt dus
de glucoseopname in spier en vet.
GLUT5: is aanwezig in de dunne darm, vooral functioneel als fructose-transporter.
Syllabus
GLUT4 komt dus in de spier en het vetweefsel tot expressie, en in hogere mate bij een toename van
insuline. De glucose-transporters liggen in vesicles klaar in de cel en worden onder invloed van
