Cel III
1. Inleiding op metabolisme
Metabolisme = som v chemische reacties die in organisme plaatsvinden waarbij E wordt geproduceerd + verbruikt
---> katabolisme = exergonisch --> E vrij + kapteren = vormen ATP --> reduceren equivalent nr co-enzym
---> anabolisme = endergonisch ---> E nodig = halen uit ATP ---> oxideren co-enzym nr equivalent
Adenosinetrifosfaat =
- Drager v E ---> geen opslag
- adenine (= purine) + ribose + trifosfaat eenheid ---> adenine = glycosidisch gebonden aan ribose = adenosine
---> glycosidisch = N-H
- actieve vorm = met Mg2+ ---> stabiliseert molecule
- 3 P-groepen = veresterd op 5e positie ribose-eenheid = fosfoanhydrische binding ---> 2 terminale P-groepen
= β en ϒ = hoogt energetisch =hydrolytische splitsing v E-rijke binding = stabieler dan oorspronkelijke binding
- Reacties ≠ enkel door ATP gedreven:
− GTP = guanine
− UTP = uridine
− CTP = cytidine
- ADP + ADP ---> ATP + AMP (ook omgekeerd) + reactie katalyseren door adenylkinase ---> P-donor + P-
acceptor
- Redenen actieve karakter =
− P-rest bij pH 7 = geïoniseerd ---> elektrostatische afstoting ---> geheel/gedeeltelijk splitsen = repulsie
E komt vrij ---> zorgt voor ΔG < 0
− Resonantie bij reactieproducten: ATP + H2O ⇄ ADP + Pi + H+
---> hoe meer resonantievormen, hoe stabieler: ATP = minder resonantievormen dan ADP ---> ADP
= stabieler
− H+ w hele tijd weggehaald ---> reactie nr rechts
Gibsvrije E ---> ΔG
- ΔG < 0 en Kev > 1 = exergonisch + aflopend ---> spontaan doorgaan
- ΔG > 0 en Kev < 1 = endergonisch ---> niet spontaan doorgaan
- ΔG = 0 ---> evenwicht
- Koppeling van reacties = ΔG is additief ---> 1 v stappen = ΔG > 0 ---> totale reactie kan nog steeds spontaan
doorgaan
- ATP = -31 kJ/mol + 7,8 kJ/mol nodig om ATP te maken
---> vaak afsplitsen ϒ ≠ genoeg:
− Eerst AMP-derivaat + PPi ontstaan ---> door hydrolyse = pyrofosfaat PPi ---> orthofosfaat Pi
− Vorming pyrofosfaataduct
,Andere E-verbindingen =
---> elke eig die stabiliteit verleent aan hydrolyseproduct = mee bepalend voor hoge E inhoud
- Enolfosfaten
Bv fosfo-enolpyruvaat ---> meest onstabiele vorm = enkel vormen door enzym ---> hydrolyseerd = wordt
stabielere keton vorm + Pi = 3 kcal/mol ---> tautologievorm = reductie = bevat -8 kcal/mol
===> hoogenergetisch
- Fosfocarbonzuuranhydriden
ΔG0’ = -10,1 kcal/mol ---> bv acetylfosfaat ---> zuuranhydride
- Fosfoguaniden
ΔG = -10,3 kcal/mol ---> bv creatinefosfaat = guanidium-groep + ele resonantiestructuren ---> na hydrolyse =
reactieproucten samen = meer resonantiestructuren ---> meer gestabiliseerd
===> bezitten hogere fosfaatgroep-transferpotentiaal dan ATP = kunnen ADP ---> ATP
---> op Gibbs vrije E schaal = zo veel mogelijk hoogE + onstabiele moleculen vormen die hoger staan dan ATP = ΔG >
7,8 ---> makkelijker ATP vormen
Energiestatus van de cel =
Controleert metabolische reacties ---> in cel = gehalte tussen 0 en 1 ---> 0 = alles AMP en 1 = alles ATP ---> gezonde
cel = tussen 0,8-0,9 ---> hoger = ATP inhiberen = allostere regulatoren (APX) ---> bepalen stoppen + beginnen
anabolisme
Biochemische e- dragers =
Helpen om e- te laten opnemen dr O2 ---> gereduceerde vormen v dragers = transfereren hoog-potentiaalelectronen
nr O2 dr e- transportketen in binnenste membraan mitochondrion ---> hierbij ADP + Pi ---> ATP = oxidatieve
fosforylatie = hoofdbron v ATP
- NAD+
= nicotamide-adeninedinucleotide
---> reactieve deel = nicotamide-functie ---> hydride ion (H: -1) transfereren nr gepolariseerde nicotamide-
groep
---> NADH = dehydrogeneren = oxideren = H wegnemen
- NADP+
---> 2e OH groep op adenosinefunctie = veresterd met P-groep = recognitie signaal op enzymen
===> NAD+ = gebruiken voor genereren ATP (katabolische reactie)
Beide processen niet interfereren met elkaar
NADP+ = reductieve biosynthese ---> e- donor in reactie
- FAD en FADH2
= flavine-adenine-dinucleotide
---> FAD = e- acceptor ---> reactieve deel = isoalloxaanring = kan 1 e- opnemen ---> wordt semichinon --->
kan ook 1 e- opnemen ---> in totaal = 2
---> FMN = gefosforyleerde riboflavine
===> FAD > NAD+ in reductiepotentiaal ---> NAD+ = niet mogelijk reduceren in reacties waarvan 2 e helft meer
positieve E0’ heeft
,Co-enzym A als drager acylgroepen
- met A = acetyleren
- belangrijkste atoom in molecule = HS ---> reactieve plaats
- acetylgroepen = verbonden aan CoA dr thio-esterbinding = hoog energetische binding = thermodynamisch
heel gunstig
---> draagt geactiveerde acetylgroep ---> ΔG0’ = -7,5 kcal/mol ---> vglbaar met ATP
Componenten betrokken in groeptransferreacties =
= co-enzymen ---> geassocieerd met enzymen + onmisbaar voor activiteit enzymen ---> co-enzymen die instaan voor
transfer v kleine chemische groepen nr anderen =
Co-enzym Getransfereerde groep
ATP Fosfaat
NADH en NADPH H + e-
Co-enzym A Acetyl + acyl
Biotine Carboxyl
S-adenosylmethionine Methyl
UDP-glucose Glucose
Componenten van co-enzymen =
= vitaminen = organische moleculen die niet voldoende zelf aangemaakt kunnen worden ---> uit voeding halen --->
2 categorieën =
- wateroplosbare ---> vitamine C + vitamine β-complex
- vetoplosbare:
− K = carboxylatie glutamaat ---> ϒ-carboxylglutamaat
− A = precursor v retinal ---> te kort = groeiprobleem + nachtblindheid
− D = metabolisme P en Ca ---> te kort = slechte beenderenvorming
− E = verhindert oxidatie onverzadigde membraanlipide
Voorbeelden =
- Riboflavine ---> precursor FAD
- Panthoteenzuur ---> deel co-enzym A
- Nicotinezuur ---> deel NAD+
Glycolyse
= anaerobe fermentatie = oxidatie koolhydraten ---> organisme haalt chemische E uit hoor-energiebrandstoffen in
afwezigheid van O2 ---> voor veel organismen = emercency pathway = glucose ---> lactaat
- ---> O2 toevoer nr weefsels = beperkt ---> ATP voor korte duur nog op peil houden ---> bv bij bevalling ---> O2
tekort = glucose ---> lactaat + in gistcellen glucose ---> ethanol
- ---> cellen bevatten mitochondrion = eindproduct glycolyse = puryvaat ---> kan volledig geoxideerd worden
tot H2O en CO2 in mitochondriën
- ---> glycolye = in cytosol ---> wateroplosbare enzymen
Belang =
- Hersenen = sterk afhankelijk van constant aanvoer glucose ---> w grotendeels verbruikt in glycolyse om in
ATP-behoeften te voorzien
- Erythrocyten = geen mito ---> pyruvaat niet verder oxideren
- Retina + nier + testis + leukocyten= beperkte bloedtoevoer + mito ---> ATP halen uit glycolyse
-
,Verloop glycolyse
D-glucose = onderaan op E-schaal ---> molecule wijzigen dr enzymen ---> onstabiel hoog E intermediar vormen --->
ATP of reducerend equivalent maken
1. Hexokinase fosforyleert glucose ---> Mg +ATP nodig
D-glucose ---> glucose 6-fosfaat = unidirectioneel = irreversibel
2. Fosfoglucoisomerase isomeriseert glucose 6-fosfaat
glucose 6-fosfaat ---> fructose 6-fosfaat
3. ATP en MG nodig voor 2e fosforylatie met PFK
Fructose 6-fosfaat ---> 1,6-bisfosfaat = irreversibel + unidirectioneel ---> commited step = na die stap =
zeker glycolyse-pathway volgen
PFK = fosfofructokinase = belangrijkste controle enzym ---> allosterisch inhiberen door ATP:
− Veel ATP = affiniteit verminderen + inhiberend effect
− Weinig ATP = veel AMP = inhiberend effect opgeven
---> activiteit enzym = geregeld door E-lading v cel
+ allosterisch inhiberen door NAD en citraat ---> coördinatie met Krebb cyclus toelaten
= hoge C NAD + citraat = cel klaar met E opladen ===> stop vorming pyruvaat
+ citraat verhoogd inhiberend effect v ATP
---> in de lever =
Glucose ---> glucose 6-fosfaat = door glucokinase ---> = Hogere KM voor glucose --->
− Enkel effectief bij grote C v glucose
− Voorrang aan spier- en hersencellen voor vraag glucose
---> hexokinase = geïnhibeerd door glucose 6-P ---> glucokinase niet
4. Splitsen fructose 6-fosfaat ---> dihydroxyacetonfosfaat (1) + glyceraldehyde 3-fosfaat (2)
= aldolsplitsing door aldolase
---> ene molecule w geoxideerd = aldehyde (2) ---> meteen weg nr pyruvaat
---> andere molecule w gereduceerd = alcohol (1) ---> omgezet naar glyceraldehyde 3-fosfaat
= door triosefosfaatisomerase
===> dr verdwijnen (2) = reactie nr rechts ---> meer (2) aanmaken
===> eindresultaat tot nu toe =
- 2 ATP’s geïnvesteerd
- 2 moleculen glyceraldehyde 3-fosfaat gevormd
5. Oxidatie glyceraldehyde 3-fosfaat ---> 1,3-bisfosfoglycerinaat = acylfosfaat door glyceraldehyde 3-
fosfaatdehydrogenase (= GDP = G3PDH)
---> oxidatie v aldehylgroep dr NAD+ = gekoppeld aan additie P ---> vorming hoog E fosfaatbinding
---> waarde ΔG0’ < ATP = ADP ---> ATP
Acylfosfaat + ADP ---> 3-fosfoglycerinaat + ATP door fosfoglycerinaatkinase
, 6. 3-fosfoglycerinaat ---> 2-fosfoglycerinaat door fosfoglyceromutase
7. 2-fosfoglycerinaat ---> fosfoënolpyruvaat door enolase
= dehydratatie verhoogt sterk groepstransferpotentiaal v fosforylgroep op dubbele binding ---> E erg
onstabiel
8. Fosfoënolpyruvaat ---> pyruvaat door pyruvaatkinase (PK)
---> PK controleert verloop v glycolyse + bestaat uit 4 isozymen + 4 identieke subeenheden ---> verschillend
geregeld ---> katalyseren wel zelfde reactie:
- ATP = allosterische inhibitor ---> signaal van E balans
- Alanine = allosterische inhibitor ---> signaal v bouwtenen
- Fructose 1-6-bisfosfaat ---> activator = signaal commited step
- PK = bijkomend fosforyleren ---> hormonale controle =
− Glucose = glucagon = geen fosforylering van PK = actief PK
− Glucose = glucagon = fosforylering van PK = inactief PK
Nettoresultaat glycolyse =
Glucose + 2NAD+ + 2Pi + 2ADP ⇄2NADH + 2H+ + 2H2O + 2ATP + 2 pyruvaat
---> nettowinst 2 moleculen ATP
Commited step ---> = PFK
Regulatie =
snelheid = bepaald
door glucose
concentratie
1. Inleiding op metabolisme
Metabolisme = som v chemische reacties die in organisme plaatsvinden waarbij E wordt geproduceerd + verbruikt
---> katabolisme = exergonisch --> E vrij + kapteren = vormen ATP --> reduceren equivalent nr co-enzym
---> anabolisme = endergonisch ---> E nodig = halen uit ATP ---> oxideren co-enzym nr equivalent
Adenosinetrifosfaat =
- Drager v E ---> geen opslag
- adenine (= purine) + ribose + trifosfaat eenheid ---> adenine = glycosidisch gebonden aan ribose = adenosine
---> glycosidisch = N-H
- actieve vorm = met Mg2+ ---> stabiliseert molecule
- 3 P-groepen = veresterd op 5e positie ribose-eenheid = fosfoanhydrische binding ---> 2 terminale P-groepen
= β en ϒ = hoogt energetisch =hydrolytische splitsing v E-rijke binding = stabieler dan oorspronkelijke binding
- Reacties ≠ enkel door ATP gedreven:
− GTP = guanine
− UTP = uridine
− CTP = cytidine
- ADP + ADP ---> ATP + AMP (ook omgekeerd) + reactie katalyseren door adenylkinase ---> P-donor + P-
acceptor
- Redenen actieve karakter =
− P-rest bij pH 7 = geïoniseerd ---> elektrostatische afstoting ---> geheel/gedeeltelijk splitsen = repulsie
E komt vrij ---> zorgt voor ΔG < 0
− Resonantie bij reactieproducten: ATP + H2O ⇄ ADP + Pi + H+
---> hoe meer resonantievormen, hoe stabieler: ATP = minder resonantievormen dan ADP ---> ADP
= stabieler
− H+ w hele tijd weggehaald ---> reactie nr rechts
Gibsvrije E ---> ΔG
- ΔG < 0 en Kev > 1 = exergonisch + aflopend ---> spontaan doorgaan
- ΔG > 0 en Kev < 1 = endergonisch ---> niet spontaan doorgaan
- ΔG = 0 ---> evenwicht
- Koppeling van reacties = ΔG is additief ---> 1 v stappen = ΔG > 0 ---> totale reactie kan nog steeds spontaan
doorgaan
- ATP = -31 kJ/mol + 7,8 kJ/mol nodig om ATP te maken
---> vaak afsplitsen ϒ ≠ genoeg:
− Eerst AMP-derivaat + PPi ontstaan ---> door hydrolyse = pyrofosfaat PPi ---> orthofosfaat Pi
− Vorming pyrofosfaataduct
,Andere E-verbindingen =
---> elke eig die stabiliteit verleent aan hydrolyseproduct = mee bepalend voor hoge E inhoud
- Enolfosfaten
Bv fosfo-enolpyruvaat ---> meest onstabiele vorm = enkel vormen door enzym ---> hydrolyseerd = wordt
stabielere keton vorm + Pi = 3 kcal/mol ---> tautologievorm = reductie = bevat -8 kcal/mol
===> hoogenergetisch
- Fosfocarbonzuuranhydriden
ΔG0’ = -10,1 kcal/mol ---> bv acetylfosfaat ---> zuuranhydride
- Fosfoguaniden
ΔG = -10,3 kcal/mol ---> bv creatinefosfaat = guanidium-groep + ele resonantiestructuren ---> na hydrolyse =
reactieproucten samen = meer resonantiestructuren ---> meer gestabiliseerd
===> bezitten hogere fosfaatgroep-transferpotentiaal dan ATP = kunnen ADP ---> ATP
---> op Gibbs vrije E schaal = zo veel mogelijk hoogE + onstabiele moleculen vormen die hoger staan dan ATP = ΔG >
7,8 ---> makkelijker ATP vormen
Energiestatus van de cel =
Controleert metabolische reacties ---> in cel = gehalte tussen 0 en 1 ---> 0 = alles AMP en 1 = alles ATP ---> gezonde
cel = tussen 0,8-0,9 ---> hoger = ATP inhiberen = allostere regulatoren (APX) ---> bepalen stoppen + beginnen
anabolisme
Biochemische e- dragers =
Helpen om e- te laten opnemen dr O2 ---> gereduceerde vormen v dragers = transfereren hoog-potentiaalelectronen
nr O2 dr e- transportketen in binnenste membraan mitochondrion ---> hierbij ADP + Pi ---> ATP = oxidatieve
fosforylatie = hoofdbron v ATP
- NAD+
= nicotamide-adeninedinucleotide
---> reactieve deel = nicotamide-functie ---> hydride ion (H: -1) transfereren nr gepolariseerde nicotamide-
groep
---> NADH = dehydrogeneren = oxideren = H wegnemen
- NADP+
---> 2e OH groep op adenosinefunctie = veresterd met P-groep = recognitie signaal op enzymen
===> NAD+ = gebruiken voor genereren ATP (katabolische reactie)
Beide processen niet interfereren met elkaar
NADP+ = reductieve biosynthese ---> e- donor in reactie
- FAD en FADH2
= flavine-adenine-dinucleotide
---> FAD = e- acceptor ---> reactieve deel = isoalloxaanring = kan 1 e- opnemen ---> wordt semichinon --->
kan ook 1 e- opnemen ---> in totaal = 2
---> FMN = gefosforyleerde riboflavine
===> FAD > NAD+ in reductiepotentiaal ---> NAD+ = niet mogelijk reduceren in reacties waarvan 2 e helft meer
positieve E0’ heeft
,Co-enzym A als drager acylgroepen
- met A = acetyleren
- belangrijkste atoom in molecule = HS ---> reactieve plaats
- acetylgroepen = verbonden aan CoA dr thio-esterbinding = hoog energetische binding = thermodynamisch
heel gunstig
---> draagt geactiveerde acetylgroep ---> ΔG0’ = -7,5 kcal/mol ---> vglbaar met ATP
Componenten betrokken in groeptransferreacties =
= co-enzymen ---> geassocieerd met enzymen + onmisbaar voor activiteit enzymen ---> co-enzymen die instaan voor
transfer v kleine chemische groepen nr anderen =
Co-enzym Getransfereerde groep
ATP Fosfaat
NADH en NADPH H + e-
Co-enzym A Acetyl + acyl
Biotine Carboxyl
S-adenosylmethionine Methyl
UDP-glucose Glucose
Componenten van co-enzymen =
= vitaminen = organische moleculen die niet voldoende zelf aangemaakt kunnen worden ---> uit voeding halen --->
2 categorieën =
- wateroplosbare ---> vitamine C + vitamine β-complex
- vetoplosbare:
− K = carboxylatie glutamaat ---> ϒ-carboxylglutamaat
− A = precursor v retinal ---> te kort = groeiprobleem + nachtblindheid
− D = metabolisme P en Ca ---> te kort = slechte beenderenvorming
− E = verhindert oxidatie onverzadigde membraanlipide
Voorbeelden =
- Riboflavine ---> precursor FAD
- Panthoteenzuur ---> deel co-enzym A
- Nicotinezuur ---> deel NAD+
Glycolyse
= anaerobe fermentatie = oxidatie koolhydraten ---> organisme haalt chemische E uit hoor-energiebrandstoffen in
afwezigheid van O2 ---> voor veel organismen = emercency pathway = glucose ---> lactaat
- ---> O2 toevoer nr weefsels = beperkt ---> ATP voor korte duur nog op peil houden ---> bv bij bevalling ---> O2
tekort = glucose ---> lactaat + in gistcellen glucose ---> ethanol
- ---> cellen bevatten mitochondrion = eindproduct glycolyse = puryvaat ---> kan volledig geoxideerd worden
tot H2O en CO2 in mitochondriën
- ---> glycolye = in cytosol ---> wateroplosbare enzymen
Belang =
- Hersenen = sterk afhankelijk van constant aanvoer glucose ---> w grotendeels verbruikt in glycolyse om in
ATP-behoeften te voorzien
- Erythrocyten = geen mito ---> pyruvaat niet verder oxideren
- Retina + nier + testis + leukocyten= beperkte bloedtoevoer + mito ---> ATP halen uit glycolyse
-
,Verloop glycolyse
D-glucose = onderaan op E-schaal ---> molecule wijzigen dr enzymen ---> onstabiel hoog E intermediar vormen --->
ATP of reducerend equivalent maken
1. Hexokinase fosforyleert glucose ---> Mg +ATP nodig
D-glucose ---> glucose 6-fosfaat = unidirectioneel = irreversibel
2. Fosfoglucoisomerase isomeriseert glucose 6-fosfaat
glucose 6-fosfaat ---> fructose 6-fosfaat
3. ATP en MG nodig voor 2e fosforylatie met PFK
Fructose 6-fosfaat ---> 1,6-bisfosfaat = irreversibel + unidirectioneel ---> commited step = na die stap =
zeker glycolyse-pathway volgen
PFK = fosfofructokinase = belangrijkste controle enzym ---> allosterisch inhiberen door ATP:
− Veel ATP = affiniteit verminderen + inhiberend effect
− Weinig ATP = veel AMP = inhiberend effect opgeven
---> activiteit enzym = geregeld door E-lading v cel
+ allosterisch inhiberen door NAD en citraat ---> coördinatie met Krebb cyclus toelaten
= hoge C NAD + citraat = cel klaar met E opladen ===> stop vorming pyruvaat
+ citraat verhoogd inhiberend effect v ATP
---> in de lever =
Glucose ---> glucose 6-fosfaat = door glucokinase ---> = Hogere KM voor glucose --->
− Enkel effectief bij grote C v glucose
− Voorrang aan spier- en hersencellen voor vraag glucose
---> hexokinase = geïnhibeerd door glucose 6-P ---> glucokinase niet
4. Splitsen fructose 6-fosfaat ---> dihydroxyacetonfosfaat (1) + glyceraldehyde 3-fosfaat (2)
= aldolsplitsing door aldolase
---> ene molecule w geoxideerd = aldehyde (2) ---> meteen weg nr pyruvaat
---> andere molecule w gereduceerd = alcohol (1) ---> omgezet naar glyceraldehyde 3-fosfaat
= door triosefosfaatisomerase
===> dr verdwijnen (2) = reactie nr rechts ---> meer (2) aanmaken
===> eindresultaat tot nu toe =
- 2 ATP’s geïnvesteerd
- 2 moleculen glyceraldehyde 3-fosfaat gevormd
5. Oxidatie glyceraldehyde 3-fosfaat ---> 1,3-bisfosfoglycerinaat = acylfosfaat door glyceraldehyde 3-
fosfaatdehydrogenase (= GDP = G3PDH)
---> oxidatie v aldehylgroep dr NAD+ = gekoppeld aan additie P ---> vorming hoog E fosfaatbinding
---> waarde ΔG0’ < ATP = ADP ---> ATP
Acylfosfaat + ADP ---> 3-fosfoglycerinaat + ATP door fosfoglycerinaatkinase
, 6. 3-fosfoglycerinaat ---> 2-fosfoglycerinaat door fosfoglyceromutase
7. 2-fosfoglycerinaat ---> fosfoënolpyruvaat door enolase
= dehydratatie verhoogt sterk groepstransferpotentiaal v fosforylgroep op dubbele binding ---> E erg
onstabiel
8. Fosfoënolpyruvaat ---> pyruvaat door pyruvaatkinase (PK)
---> PK controleert verloop v glycolyse + bestaat uit 4 isozymen + 4 identieke subeenheden ---> verschillend
geregeld ---> katalyseren wel zelfde reactie:
- ATP = allosterische inhibitor ---> signaal van E balans
- Alanine = allosterische inhibitor ---> signaal v bouwtenen
- Fructose 1-6-bisfosfaat ---> activator = signaal commited step
- PK = bijkomend fosforyleren ---> hormonale controle =
− Glucose = glucagon = geen fosforylering van PK = actief PK
− Glucose = glucagon = fosforylering van PK = inactief PK
Nettoresultaat glycolyse =
Glucose + 2NAD+ + 2Pi + 2ADP ⇄2NADH + 2H+ + 2H2O + 2ATP + 2 pyruvaat
---> nettowinst 2 moleculen ATP
Commited step ---> = PFK
Regulatie =
snelheid = bepaald
door glucose
concentratie
