Metabolisme
H2: WAT IS METABOLISME?
= het collectief van chemische reacties in een levend organisme, dat als doel heeft om dat organisme
gezond te houden
1. Metabolisme kankercellen
= gereduceerd collectief v chemische reacties: niet meer als doel organisme gezond te
houden, maar kankercellen beter doen groeien
2. Dynamiek en flexibiliteit van lichaamsmetabolisme
• Samenwerking tussen organen/weefsels
• Belangrijk actieterrein voor hormonen
Vb.: metabole regeling door schildklierhormoon
3. Lichaamsmetabolisme is ingewikkeld
Zeer veel genen coderen voor metabool relevante proteïnen!!
Hoe begrijpelijker maken om aan te leren?
• Niveau 1: indelen in metabole paden
(anabool/katabool/gemengd?; enzymen, metabolieten)
• Niveau 2: begrijpen v metabole fluxcontrole
• Niveau 3: integratie v metabole paden tot een geheel
(gevoede en gevaste toestand; intense arbeid)
• Niveau 4: wat is de relevantie voor menselijke ziekte?
(stofwisselingsziekten; chronische metabole ziekte)
4. Drie globale doelstellingen v metabolisme
Productie van:
• ATP
Chemische energie: universeel gebruikt om energie vragende processen mogelijk te
maken
2 energierijke fosfaatgroepen (gebonden aan binnenste fosfaat)
Geleverd door katabolisme – nodig voor anabolisme
, • NADPH
Reducerend vermogen in de vorm van een energierijk elektronenpaar: nodig om
complexe moleculen op te bouwen uit kleine moleculaire eenheden
Geleverd door katabolisme – nodig voor anabolisme
• Bouwstenen
Nodig om complexe moleculen op te bouwen uit kleine modulaire onderdelen
Kost ATP en NADPH
Nodig voor anabolisme
5. Onderscheid tussen metabole wegen en metabole flux
• Metabole weg
= logische volgorde v chemische reacties,
met beschrijving v metabolieten die chemisch veranderen,
enzymen die de reacties katalyseren,
reactiemechanismen
(“auto rijdt v stad naar stad”)
• Metabole flux
= aantal metabolieten dat op 1 punt vd weg per tijdseenheid passeert
(“aantal auto’s dat voorbijrijdt per seconde)
Meestal geregeld door instroom, meest kritische parameter is
beschikbaarheid/activiteit v bepaalde enzymen
Vaak bij de eerste stap gecontroleerd door flux controlerende enzymen
6. Katabolisme
• Katabole wegen
Afbraak v complexe biomoleculen
Doel: energie uit halen (meestal ATP)
• Katabolisme verandert metabole “brandstof” in nuttige energie
Vb.: zetmeel (glucosepolymeer), vet (3 vetzuren + glycerol)
Stochiometrie van volledige verbranding:
Glucose + 6O 6 CO + 6 H O
2 2 2
30 ADP 30 ATP
Palmitaat + 23 O 16 CO + 16 H O
2 2 2
106 ADP 106 ATP
, • Fundamentele verschillen tussen verbranding van metabole/fossiele brandstof:
Glucose + 6O --> 6 CO + 6 H O
2 2 2
1 reactie vs. opdelen vh oxidatieproces in vele deelprocessen
Hoge activeringsenergie vs. katalyse (verlagen v activerinsenergie)
Alle energie: warmte vs. opvangen v potentiële energie in “nuttige dragers”
7. Adenineribonucleotiden als dragers van “nuttige groepen”
Energietransfer: ATP
Elektronentransfer: NADH en FADH2
Acyltransfer: acyl-CoA
, • ATP ontstaat op 2 manieren
Fosforylering op substraatniveau Oxydatieve fosforylering
Gemiddeld 10% vd flux Gemiddeld 90% vd flux
Transfer v chemische energierijke fosfaat v Koppeling ADP met anorganisch fosfaat (Pi)
metaboliet X-P naar ADP
Overal in de cel (cytoplasma) Mitochondriaal binnenste membraan
Vb. in spiervezels (ATP buffering): transfer v Werking:
creatinefosfaat in ACP; gebeurt intensief bij Verbranding v brandstof levert energierijke
arbeid en kan ook in omgekeerde richting elektronen (NADH, FADH2)
bij rust Redoxreacties in complexen I, III en IV
brengen elektronen naar O2 met vorming v
H2O
Energie die vrijkomt levert een
protonengradiënt over de mitochondriale
binnenste membraan
Complex V benut energie v deze
protonengradiënt om ATP te maken
• Mechanisme transfer vd energierijke fosfaatgroep
Punten v overeenkomst in deelreacties: bewegen v ladingen + mate v entropie vd
moleculaire elektronenwolk (resonantie)
• Zeer intense moleculaire kringloop
Flux in 1 menselijk lichaam:
ATP verbruik = ATP synthese = +- 100 mol/dag = 50 kg/dag
Totale (ATP+ADP) voorraad in lichaam is maar 0,1 kg
Gevolg: per gemiddeld ATP molecule zijn er +-500 cycli nodig van afbraak tot ADP en
heropbouw tot ATP (= 1 cyclus/3 min.)
(sterke verschillen tussen weefsels en sterke regeling binnen 1 weefsel)
H2: WAT IS METABOLISME?
= het collectief van chemische reacties in een levend organisme, dat als doel heeft om dat organisme
gezond te houden
1. Metabolisme kankercellen
= gereduceerd collectief v chemische reacties: niet meer als doel organisme gezond te
houden, maar kankercellen beter doen groeien
2. Dynamiek en flexibiliteit van lichaamsmetabolisme
• Samenwerking tussen organen/weefsels
• Belangrijk actieterrein voor hormonen
Vb.: metabole regeling door schildklierhormoon
3. Lichaamsmetabolisme is ingewikkeld
Zeer veel genen coderen voor metabool relevante proteïnen!!
Hoe begrijpelijker maken om aan te leren?
• Niveau 1: indelen in metabole paden
(anabool/katabool/gemengd?; enzymen, metabolieten)
• Niveau 2: begrijpen v metabole fluxcontrole
• Niveau 3: integratie v metabole paden tot een geheel
(gevoede en gevaste toestand; intense arbeid)
• Niveau 4: wat is de relevantie voor menselijke ziekte?
(stofwisselingsziekten; chronische metabole ziekte)
4. Drie globale doelstellingen v metabolisme
Productie van:
• ATP
Chemische energie: universeel gebruikt om energie vragende processen mogelijk te
maken
2 energierijke fosfaatgroepen (gebonden aan binnenste fosfaat)
Geleverd door katabolisme – nodig voor anabolisme
, • NADPH
Reducerend vermogen in de vorm van een energierijk elektronenpaar: nodig om
complexe moleculen op te bouwen uit kleine moleculaire eenheden
Geleverd door katabolisme – nodig voor anabolisme
• Bouwstenen
Nodig om complexe moleculen op te bouwen uit kleine modulaire onderdelen
Kost ATP en NADPH
Nodig voor anabolisme
5. Onderscheid tussen metabole wegen en metabole flux
• Metabole weg
= logische volgorde v chemische reacties,
met beschrijving v metabolieten die chemisch veranderen,
enzymen die de reacties katalyseren,
reactiemechanismen
(“auto rijdt v stad naar stad”)
• Metabole flux
= aantal metabolieten dat op 1 punt vd weg per tijdseenheid passeert
(“aantal auto’s dat voorbijrijdt per seconde)
Meestal geregeld door instroom, meest kritische parameter is
beschikbaarheid/activiteit v bepaalde enzymen
Vaak bij de eerste stap gecontroleerd door flux controlerende enzymen
6. Katabolisme
• Katabole wegen
Afbraak v complexe biomoleculen
Doel: energie uit halen (meestal ATP)
• Katabolisme verandert metabole “brandstof” in nuttige energie
Vb.: zetmeel (glucosepolymeer), vet (3 vetzuren + glycerol)
Stochiometrie van volledige verbranding:
Glucose + 6O 6 CO + 6 H O
2 2 2
30 ADP 30 ATP
Palmitaat + 23 O 16 CO + 16 H O
2 2 2
106 ADP 106 ATP
, • Fundamentele verschillen tussen verbranding van metabole/fossiele brandstof:
Glucose + 6O --> 6 CO + 6 H O
2 2 2
1 reactie vs. opdelen vh oxidatieproces in vele deelprocessen
Hoge activeringsenergie vs. katalyse (verlagen v activerinsenergie)
Alle energie: warmte vs. opvangen v potentiële energie in “nuttige dragers”
7. Adenineribonucleotiden als dragers van “nuttige groepen”
Energietransfer: ATP
Elektronentransfer: NADH en FADH2
Acyltransfer: acyl-CoA
, • ATP ontstaat op 2 manieren
Fosforylering op substraatniveau Oxydatieve fosforylering
Gemiddeld 10% vd flux Gemiddeld 90% vd flux
Transfer v chemische energierijke fosfaat v Koppeling ADP met anorganisch fosfaat (Pi)
metaboliet X-P naar ADP
Overal in de cel (cytoplasma) Mitochondriaal binnenste membraan
Vb. in spiervezels (ATP buffering): transfer v Werking:
creatinefosfaat in ACP; gebeurt intensief bij Verbranding v brandstof levert energierijke
arbeid en kan ook in omgekeerde richting elektronen (NADH, FADH2)
bij rust Redoxreacties in complexen I, III en IV
brengen elektronen naar O2 met vorming v
H2O
Energie die vrijkomt levert een
protonengradiënt over de mitochondriale
binnenste membraan
Complex V benut energie v deze
protonengradiënt om ATP te maken
• Mechanisme transfer vd energierijke fosfaatgroep
Punten v overeenkomst in deelreacties: bewegen v ladingen + mate v entropie vd
moleculaire elektronenwolk (resonantie)
• Zeer intense moleculaire kringloop
Flux in 1 menselijk lichaam:
ATP verbruik = ATP synthese = +- 100 mol/dag = 50 kg/dag
Totale (ATP+ADP) voorraad in lichaam is maar 0,1 kg
Gevolg: per gemiddeld ATP molecule zijn er +-500 cycli nodig van afbraak tot ADP en
heropbouw tot ATP (= 1 cyclus/3 min.)
(sterke verschillen tussen weefsels en sterke regeling binnen 1 weefsel)
