Metabolisme
Hoofdstuk 2. Eiwitten en Aminozuren
Eiwitten en Aminozuren
Eiwitten zijn aminozuren die aan elkaar zitten met een peptide binding. Het worden ook wel 𝛼-aminozuren
genoemd, omdat aan het centrale 𝛼-koolstof een COO-, NH3+ , R, en H-atoom zitten
De 4 verschillende zijketens:
- COO-
- NH3+
- R-
- H-atoom
Zorgen dat het 𝛼-koolstof chiraliteit bevat. Het 𝛼-aminozuur kan in L- of D-isomeer voorkomen.
- Eiwitten zijn enkel opgebouwd uit L-isomeren
Eiwitten zijn opgebouwd uit 20 verschillende aminozuren, die in 5 klassen kunnen worden opgedeeld
Er zijn 9 essentiële aminozuren die mensen niet zelf kunnen aanmaken, maar welke we moeten
binnenkrijgen via voeding.
1
, Extracellulaire afbraak van eiwitten tot aminozuren
Eiwitten worden afgebroken tot aminozuren in het spijsverteringstelsel. Een deel van de AZ worden gebruikt
voor de biosynthese van nieuwe moleculen. De overtollige AZ kunnen we niet opslaan en worden afgebroken
en omgezet tot precursoren zoals pyruvaat of acetyl -CoA.
Afbraak van eiwitten uit het dieet start in de maag
1. Eiwitten stimuleren de mucosa om gastrine (hormoon) te secreteren
2. Gastrine stimuleert de secretie van maagzuur (HCl) en pepsinogeen
3. Maagzuur doet de pH in de maag dalen, dit doodt bacteriën en denatureert eiwitten
a. Door de denaturatie zijn eiwitten toegankelijk voor enzymen
4. Pepsinogeen is een inactieve precursor (zymogeen) en wordt geactiveerd tot pepsine bij zure pH
5. Pepsine klieft de peptidebinding aan de N-terminale termini
6. Eiwitten worden omgezet naar kleinere peptiden
Afbraak van de kleinere peptiden tot aminozuren in de dunne darm
1. In de dunne darm triggert de zure maaginhoud de secretie van secretine (hormoon)
2. Secretine stimuleert de pancreas om HCO3- te secreteren zodat de pH terug geneutraliseerd wordt tot
pH 7
3. De peptiden en AZ zullen de secretie van het hormoon cholecystokinine stimuleren in de dunne darm
4. Cholecystokinine stimuleert de secretie van verschillende pancreasenzymen (zymogenen)
a. Trypsinogeen
i. Wordt omgezet naar trypsine door enteropeptidase
ii. Trypsine zet de protease cleavage cascade in gang
b. Chymotrypsinogeen
c. Procarboxypeptidase A en B
5. De samenwerking van pepsine, trypsine en chymotrypsine maakt van eiwitten kleine peptiden
6. Carboxypeptidase A en B en aminopeptidasen maken van de kleine peptiden uiteindelijke AZ
7. De AZ worden opgenomen door de darmcellen
Transporters
AZ worden via Na+/AZ transporters (= actief) naar de darmcellen vervoerd. Een alternatief voor de Na+/AZ
transporters is de 𝛾-glutamyl cyclus.
Werking van de 𝛾-glutamyl cyclus :
1. 𝛾-glutamyl transferase I zit in plasmamembraan van darmcellen en zal een AZ transfereren op het
𝛾-glutamyl van glutathione
2. Het 𝛾-glutamyl AZ wordt vervolgens in het cytoplasma van de darmcellen terug omgezet naar het vrije
AZ en pyroglutamaat
3. Pyroglutamase zal het pyroglutamaat omzetten naar glutamaat
4. Glutamaat wordt terug omgezet naar glutathione
2
, Intracellulaire afbraak van eiwitten tot aminozuren ( = Eiwit turnover)
Eiwitten die niet meer functioneel zijn moeten worden afgebroken → Eiwitturnover.
De turnover snelheid van eiwitten verschilt van eiwit tot eiwit. Veel eiwitten die een rol spelen in metabole
regulatie hebben een zeer korte levensduur
Ubiquitine merkt eiwitten bestemd voor afbraak
Eiwitturnover moet strikt gereguleerd worden. Een cel zal eiwitten die afgebroken moeten worden merken met
ubiquitine.
Ubiquitine zal een eiwit merken voor afbraak door koppeling via isopeptide binding. Het C-terminale glycine
residu van ubiquitine wordt gelinkt aan het ε-N-atoom van een lysine van het af te breken eiwit → De
isopeptide binding.
Ubiquitine bezit een lysine residue op positie 48. Dit lysine residue wordt gebruikt om een poly-ubiquitine
staart te genereren op het af te breken eiwit. 4 ubiquitines zijn voldoende als signaal, dit wordt herkent door
het proteasoom welke het eiwit zal afbreken.
Mechanisme ubiquitinering van eiwitten
3 Enzymen spelen een rol in de vorming van de isopeptide binding tussen ubiquitine en lysine van het eiwit
1. E1
2. E2
3. E3
Eiwitten die afgebroken moeten worden, worden herkent door E3 eiwit, E3 herkent de het N-terminale degron.
Defect van E3
Wanneer er een defect is aan een van de E3 eiwitten, kan dit leiden tot bepaalde ziektes of aandoeningen
- Ziekte van Parkinson
- Humaan papilloma virus (HPV) codeert voor een eiwit dat een specifiek E3 eiwit activeert, dit E3 eiwit
herkent het tumor suppressor eiwit p53. in 90% van alle baarmoederhals kankers heeft men een
activatie van dit E3 eiwit waargenomen
3
, Het proteasoom
- Proteasoom verteert ubiquitine gemerkte eiwitten, maar het ubiquitine zelf NIET afbreekt
- Het bestaat uit een 20S en twee 19S eenheden
20S katalytische subeenheid
➢ Tonvormige structuur die bestaat uit 4 ringen van elks 7 subunits
○ 𝛼-subunits → Subunits van de buitenste ringen
○ 𝝱-subunits → Subunits van de binnenste ringen
➢ Actief centrum is gelegen aan de N-terminus van de 𝜷-subunits in het binnenste van de ton
➢ De hydroxylgroep (OH-groep) van van Ser of Thr valt de carboxylgroep van de peptide binding aan
➢ Eiwitten worden afgebroken tot 7 - 9 AZ lang
19S regulatorische subeenheden
➢ Zijn gebonden aan beide zijde van de 20S subeenheid
➢ Heeft 3 belangrijke functies
1. Ubiquitine receptor → Ze binden de poly-ubiquitine (minimaal 4) ketens
2. Isopeptidase → Om de poly-ubiquitine staart te recyclen
3. Ontvouwen van het eiwit → 19S bevat 6 verschillende ATPases die helpen het substraat te
ontvouwen en de conformatie van de 20S subeenheid te wijzigen zodat het eiwit hierin past.
Eiwitafbraak voor de regulatie van biologische functies
Het proces van eiwitturnover, is naast het opruimen van eiwitten, ook belangrijk voor de regulatie van
verschillende biologische processen, zoals:
- Gen transcriptie
- Inflammatoire respons
- Tumor suppression
- Cholesterol metabolisme
De controle van de inflammatoire respons
1. Onder normale omstandigheden zal NF-𝝹B een inactief complex vormen met I-𝝹B
2. Bij inflammatie zal I-𝝹B gefosforyleerd worden op 2 Serine residues
3. Het gefosforyleerde I-𝝹B wordt herkent door E3 eiwit van ubiquitine
4. I-𝝹B wordt geubiquitinileerd en afgebroken door het proteasoom
5. NF-𝝹B komt vrij en stimuleert inflammatoire respons
4
Hoofdstuk 2. Eiwitten en Aminozuren
Eiwitten en Aminozuren
Eiwitten zijn aminozuren die aan elkaar zitten met een peptide binding. Het worden ook wel 𝛼-aminozuren
genoemd, omdat aan het centrale 𝛼-koolstof een COO-, NH3+ , R, en H-atoom zitten
De 4 verschillende zijketens:
- COO-
- NH3+
- R-
- H-atoom
Zorgen dat het 𝛼-koolstof chiraliteit bevat. Het 𝛼-aminozuur kan in L- of D-isomeer voorkomen.
- Eiwitten zijn enkel opgebouwd uit L-isomeren
Eiwitten zijn opgebouwd uit 20 verschillende aminozuren, die in 5 klassen kunnen worden opgedeeld
Er zijn 9 essentiële aminozuren die mensen niet zelf kunnen aanmaken, maar welke we moeten
binnenkrijgen via voeding.
1
, Extracellulaire afbraak van eiwitten tot aminozuren
Eiwitten worden afgebroken tot aminozuren in het spijsverteringstelsel. Een deel van de AZ worden gebruikt
voor de biosynthese van nieuwe moleculen. De overtollige AZ kunnen we niet opslaan en worden afgebroken
en omgezet tot precursoren zoals pyruvaat of acetyl -CoA.
Afbraak van eiwitten uit het dieet start in de maag
1. Eiwitten stimuleren de mucosa om gastrine (hormoon) te secreteren
2. Gastrine stimuleert de secretie van maagzuur (HCl) en pepsinogeen
3. Maagzuur doet de pH in de maag dalen, dit doodt bacteriën en denatureert eiwitten
a. Door de denaturatie zijn eiwitten toegankelijk voor enzymen
4. Pepsinogeen is een inactieve precursor (zymogeen) en wordt geactiveerd tot pepsine bij zure pH
5. Pepsine klieft de peptidebinding aan de N-terminale termini
6. Eiwitten worden omgezet naar kleinere peptiden
Afbraak van de kleinere peptiden tot aminozuren in de dunne darm
1. In de dunne darm triggert de zure maaginhoud de secretie van secretine (hormoon)
2. Secretine stimuleert de pancreas om HCO3- te secreteren zodat de pH terug geneutraliseerd wordt tot
pH 7
3. De peptiden en AZ zullen de secretie van het hormoon cholecystokinine stimuleren in de dunne darm
4. Cholecystokinine stimuleert de secretie van verschillende pancreasenzymen (zymogenen)
a. Trypsinogeen
i. Wordt omgezet naar trypsine door enteropeptidase
ii. Trypsine zet de protease cleavage cascade in gang
b. Chymotrypsinogeen
c. Procarboxypeptidase A en B
5. De samenwerking van pepsine, trypsine en chymotrypsine maakt van eiwitten kleine peptiden
6. Carboxypeptidase A en B en aminopeptidasen maken van de kleine peptiden uiteindelijke AZ
7. De AZ worden opgenomen door de darmcellen
Transporters
AZ worden via Na+/AZ transporters (= actief) naar de darmcellen vervoerd. Een alternatief voor de Na+/AZ
transporters is de 𝛾-glutamyl cyclus.
Werking van de 𝛾-glutamyl cyclus :
1. 𝛾-glutamyl transferase I zit in plasmamembraan van darmcellen en zal een AZ transfereren op het
𝛾-glutamyl van glutathione
2. Het 𝛾-glutamyl AZ wordt vervolgens in het cytoplasma van de darmcellen terug omgezet naar het vrije
AZ en pyroglutamaat
3. Pyroglutamase zal het pyroglutamaat omzetten naar glutamaat
4. Glutamaat wordt terug omgezet naar glutathione
2
, Intracellulaire afbraak van eiwitten tot aminozuren ( = Eiwit turnover)
Eiwitten die niet meer functioneel zijn moeten worden afgebroken → Eiwitturnover.
De turnover snelheid van eiwitten verschilt van eiwit tot eiwit. Veel eiwitten die een rol spelen in metabole
regulatie hebben een zeer korte levensduur
Ubiquitine merkt eiwitten bestemd voor afbraak
Eiwitturnover moet strikt gereguleerd worden. Een cel zal eiwitten die afgebroken moeten worden merken met
ubiquitine.
Ubiquitine zal een eiwit merken voor afbraak door koppeling via isopeptide binding. Het C-terminale glycine
residu van ubiquitine wordt gelinkt aan het ε-N-atoom van een lysine van het af te breken eiwit → De
isopeptide binding.
Ubiquitine bezit een lysine residue op positie 48. Dit lysine residue wordt gebruikt om een poly-ubiquitine
staart te genereren op het af te breken eiwit. 4 ubiquitines zijn voldoende als signaal, dit wordt herkent door
het proteasoom welke het eiwit zal afbreken.
Mechanisme ubiquitinering van eiwitten
3 Enzymen spelen een rol in de vorming van de isopeptide binding tussen ubiquitine en lysine van het eiwit
1. E1
2. E2
3. E3
Eiwitten die afgebroken moeten worden, worden herkent door E3 eiwit, E3 herkent de het N-terminale degron.
Defect van E3
Wanneer er een defect is aan een van de E3 eiwitten, kan dit leiden tot bepaalde ziektes of aandoeningen
- Ziekte van Parkinson
- Humaan papilloma virus (HPV) codeert voor een eiwit dat een specifiek E3 eiwit activeert, dit E3 eiwit
herkent het tumor suppressor eiwit p53. in 90% van alle baarmoederhals kankers heeft men een
activatie van dit E3 eiwit waargenomen
3
, Het proteasoom
- Proteasoom verteert ubiquitine gemerkte eiwitten, maar het ubiquitine zelf NIET afbreekt
- Het bestaat uit een 20S en twee 19S eenheden
20S katalytische subeenheid
➢ Tonvormige structuur die bestaat uit 4 ringen van elks 7 subunits
○ 𝛼-subunits → Subunits van de buitenste ringen
○ 𝝱-subunits → Subunits van de binnenste ringen
➢ Actief centrum is gelegen aan de N-terminus van de 𝜷-subunits in het binnenste van de ton
➢ De hydroxylgroep (OH-groep) van van Ser of Thr valt de carboxylgroep van de peptide binding aan
➢ Eiwitten worden afgebroken tot 7 - 9 AZ lang
19S regulatorische subeenheden
➢ Zijn gebonden aan beide zijde van de 20S subeenheid
➢ Heeft 3 belangrijke functies
1. Ubiquitine receptor → Ze binden de poly-ubiquitine (minimaal 4) ketens
2. Isopeptidase → Om de poly-ubiquitine staart te recyclen
3. Ontvouwen van het eiwit → 19S bevat 6 verschillende ATPases die helpen het substraat te
ontvouwen en de conformatie van de 20S subeenheid te wijzigen zodat het eiwit hierin past.
Eiwitafbraak voor de regulatie van biologische functies
Het proces van eiwitturnover, is naast het opruimen van eiwitten, ook belangrijk voor de regulatie van
verschillende biologische processen, zoals:
- Gen transcriptie
- Inflammatoire respons
- Tumor suppression
- Cholesterol metabolisme
De controle van de inflammatoire respons
1. Onder normale omstandigheden zal NF-𝝹B een inactief complex vormen met I-𝝹B
2. Bij inflammatie zal I-𝝹B gefosforyleerd worden op 2 Serine residues
3. Het gefosforyleerde I-𝝹B wordt herkent door E3 eiwit van ubiquitine
4. I-𝝹B wordt geubiquitinileerd en afgebroken door het proteasoom
5. NF-𝝹B komt vrij en stimuleert inflammatoire respons
4
