CEL III
HOOFDSTUK 1: inleiding op het metabolisme
METABOLISME: chemische reacties waarbij energie geproduceerd of verbruikt wordt
Metabolische routes: lineair (glycolyse), cyclisch (krebscyclus) of vertakt
Katabolisme = alle metabole reacties gericht op afbraak met vrijstelling v CO2 en H20 waarbij O2
verbruikt wordt
- Aanmaak chemische energie voor anabolisme en arbeid
- Vorming intermediairen voor biosynthese
- Exergonisch: energie opgeslagen in ATP
- Transfer reducerende equivalenten naar NAD+ en NADP+ (co-enzymen)
Anabolisme = metabole reacties die resulteren in synthese v complexe moleculen
- Endergonisch: energie uit ATP/ gereduceerde equivalenten (NADPH) verbruikt
Verhouding NZ, proteinen, lipiden… als brandstofbron is afhankelijk v cel tot cel
Bv. Rode bloedcellen en zenuwcellen: enkel koolhydraten
Lever (diabeticus) lipiden door gebrek aan koolhydraten
Hart- en skeletspier: energie uit katabole processen omzetten in mechanische energie
ATP: base via glycosidische binding aan ribose met daaraan 3 fosfaatgroepen op 5’C die via
fosfoanhydrische bindingen aan elkaar hangen
- Beta en gamma: energierijk - actieve vorm = altijd met Mg2+ (stabiliseren neg ladingen)
- Energierijk en heel onstabiel
Synthese/ verbruik ATP is gekoppeld aan vorming/ hydrolyse vd terminale fosfaatgroep(en)
7,5 kcal/mol komt vrij
G < 0: exergonisch, verloopt spontaan (energie komt vrij)
G > 0: endergonisch, veroopt niet spontaan (energie toegevoegd)
G bepaald evenwicht, niet snelheid
G = G + 2,303.RT.log Kev bij evenwicht G = 0 dus G = - 2,303.RT.log Kev
Kev < 1 : endergonisch Kev > 1 : exergonisch
G°’ : protonenconcentratie moet aangepast worden aan cellulaire omstandigheden
ATP + H2O ⇄ADP + Pi + H+ + H2O K'ev = [ADP] [Pi] [H+ ] / [ATP]
Concentratie niet in alle cellen en weefsels hetzelfde
Vrije energie veranderingen zijn additief -> als som G°’< 0 -> reactie aflopend
Reacties met pos G kunnen enkel spontaan verlopen als ze gekoppeld zijn aan andere
reactie met neg G zodat totale G neg is
Enzymen voor nodig
Reactie met G > 0 wordt gekoppeld aan splitsing ATP
Zodat ATP de nodige energie levert voor de reactie
Redenen actieve karakter ATP
, 1) Fosfaatrest heeft veel neg ladingen bij pH 7 (geioniseerd) -> elektrostatische afstoting ->
Pgroepen willen zsm loslaten
2) Resonantieproducten: hoe meer resonantievormen, hoe stabieler
ADP en P hebben meer vormen dan ATP
3) Vrijgestelde H+ worden weggehaald uit reactie
Proton enorm verdund in oplosmiddel -> reactie nog meer naar rechts
Andere E-rijke verbindingen: kunnen Pgroep afstaan aan ADP (hogere fosforyl-groep transfer
potentiaal)
- Enolfosfaten
- Acylfosfaten (fosfocarbonzuuranhydraten)
- Fosfoguanidinen
Gibbs energieschaal: onderaan = meest stabiel (minst energierijk)
Essentie metabolisme: mbv enzymen meer energierijke en onstabiele moleculen creeeren
zodat je op schaal klimt
Metabolische reacties gecontroleerd door energiestatus
Als 0: alles is AMP als 1: alles is ATP
Meestal tussen 0,8 en 0,95 (lager? Apoptose
geactiveerd)
- ATP-genererende wegen (katabolisme) geinhibeerd door hoge energielading
- ATP-consumerende wegen (anabolisme) gestimuleerd door hoge energielading
AXP (X = M/D/P): allostere regulatoren -> bepalen of ana/katabolisme moet werken
Oxidatie = afgeven v elektronen (of H-atomen)
Reductie = opnemen v elektronen (of H-atomen)
Meestal wegnemen of toevoegen v H-atomen
NAD+, NADP+, FAD: centrale elektronendragers (pyridine-nucleotiden of flavinen)
NADH, FADH2 transfereren e naar O2
Zie blokwijzer p25,26
Hydride ion H:-1 2 elektronen en 1 proton
NADP+ heeft geen Asp anders zou er elektrost afstoting zijn met de neg geladen fosfaatgroep
Fosfaatgroep dient als herkenningssignaal voor enzymen
NAD+ voor katabole reacties NADP+ voor anabole reacties
Coenzym A = universele drager van acylgroepen (R – C = O)
- Terminale SH is reactieve plaats
- Acylgroepen verbonden met CoA door thio-esterbinding (hoogenergetische binding)
Hydrolyse v thioester stelt meer energie vrij dan zuurstofester
Acetyl-CoA draagt geactiveerde acetylgroep, zoals ATP geactiveerde fosforylgroep
ΔG°’ -7.5 kcal.mol-1 (bij thioester)
,Calorische waarde voedingssubstanties
Volledige oxidatie glucose: C6H12O6 + 6 O2 6 CO2 + 6 H2O; G°’ = - 686 kcal mol-1
Vorming 38 moleculen ATP
Moleculair gewicht (g/mol) G°’(kcal/mol) Calorische waarde (kcal/g)
Glucose 180 -686 3,81
Palmitaat (VZ) 256 -2380 9,3
Glycine 75 -234 3,12
HOOFDSTUK 2: glycolyse of ‘Emden-Meyerhof’-metabole pathway
Glycolyse in alle lichaamscellen -> chemische energie vrijstellen
- Anaerobe degradatie v glucose tot lactaat
- Emergency pathway: houdt ATP op peil bij beperkte O2-toevoer (2 mol ATP per mol glucose)
- Aanloop naar aerobe oxidatie
Geen O2: eindproduct = lactaat wel O2: eindproduct = pyruvaat
Cellen met mitochondrien: eindproduct = pyruvaat
Pyruvaat verder geoxideerd tot CO2 en H2O
Hersenen: vooral glucose
Erytrocyten: geen mitoch dus geen Krebscyclus -> volledig afh v glycolyse en lactaat
Cornea, lens en retina: beperkte bloedtoevoer/ geen mitochondrien -> afh v glycolyse voor ATP
Mitoch zouden licht absorberen en verstrooien
Nier, medulla, testis en leukocyten: weinig mitoch -> volledig afh v glycolyse
Glucose komt in cel via glucosetransporters (GLUT’s)
Stap 3 = commited step: als deze stap gebeurd is, moeten alle volgende stappen ook volgen
Fosfofructokinase (PFK) = controle-enzym
- Wordt allosterisch geinhibeerd door ATP
hoge [ATP]: inhibitie want ATP op allost plaats zodat ATP uit katalytisch centrum
lage [ATP] (hoge [AMP]): AMP op allost plaays zodat ATP in kat centrum kan binden
in lever glucose gefosforyleerd tot glucose 6-fosfaat door glucokinase
Heeft hogere Km dus lagere affiniteit -> geeft voorrang aan spier- en hersencellen voor glucose
Glucokinase gaat pas werken bij enorm hoge conc glucose
Pyruvaatkinase (PK) = controle enzym
- Bestaat uit 4 identieke subeenheden die verschillend reguleren
Hoge [glucose] = lage [glucagon] = geen fosforylering v PK = actief PK
Lage [glucose] = lage [glucagon] = fosforylering v PK = inactief PK
Klinische correlatie: 18FDG = fluorodeoxyglucose
2-deoxy-2-(18F)fluoro-D-glucose: kan niet gemetaboliseerd worden via normale glycolyseweg door
fluoratoom ipv OH op 2’ positie
Opgenomen door organen/cellen die veel glucose verbranden (hersenen, lever, kankercellen)
Bij verval v 18F naar 18O ontstaat positron -> komen elektron tegen -> omgezet in energie
(fotonen) -> beeld via detector
Als F-FDG vervalt naar 18O- kan OH gevormd worden en wel verder gemetaboliseerd worden
18
, Pyruvaat = centraal molecule in metabolisme
- Hydrogenatie -> lactaat
- Gluconeogenese -> glucose
- Transamineringsreactie -> alanine
- Pyruvaat-dehydrogenasecomplex -> acetyl-CoA
Pyruvaat kinase (PK) deficientie en hemolytische anemie (anemie door hemolyse-abnormale afbraaK
van rode bloedcellen)
- Zeldzaam want weinige mutaties worden getolereerd
- ATP noodz voor ionen pompen die voor biconcave vorm zorgen
Geen ATP -> cellen zwellen op/ lyseren
Ziekte: maar 5-25% PK niveau’s in RBC -> te lage [ATP]
Reticulocyten (voorlopers RBC): hebben wel mitoch en normale ATP niveau’s
Verliezen mitoch bij maturatie naar RBC -> volledig afh vd glycolyse
Anemie = wanneer afgestorven cellen niet snel genoeg vervangen kunnen worden
1) Van pyruvaat naar ethanol (in gist en andere microörganismen)
- Doel = co-enzyme regeneren (waterstofdragers (NAD+) vrijmaken)
- Alcoholische fermentatie = omzetting v glucose in ethanol
Pyruvaat door pyruvaat decarboxylase omgezet in acetaldehyde dat in lactaat wordt omgezet
Per mol glucose 2 mol CO2 en 2 mol ethanol
glucose + 2Pi + 2ADP + 2H+ ⇄ 2CO2 + 2 ethanol + 2ATP + 2H2O
2) Lactaatvorming (microörganismen, cellen hogere organismen met beperkte O2)
- Doel = co-enzyme regeneren (waterstofdragers (NAD+) vrijmaken)
- Als tijdswinst
glucose + 2Pi + 2ADP ⇌ 2H2O + 2ATP + 2 lactaat
3) Van pyruvaat naar acetyl-co-enzym A
- Sleutel tot Krebscyclus
- Omzetting v pyruvaat in acetyl-coA is unidirectioneel
NAD+ wordt NADH, geeft later in de elektronentransportketen in de mitoch zn elektronen weer af
Pyruvaat dehydrogenase deficientie
Oorzaken: gebrek aan katalytische of regulatorische subeenheden vh multi-enzyme complex
Indicatoren: verhoogde serum (lactaat, pyruvaat, alanine)
Oplossing? Ketogeen dieet: weinig koolhydraten, meer vetzuren
VZ afgebroken -> spontaan keton gevormd -> kan door bloedhersenbarriere -> vervanging v
koolhydraten
HOOFDSTUK 1: inleiding op het metabolisme
METABOLISME: chemische reacties waarbij energie geproduceerd of verbruikt wordt
Metabolische routes: lineair (glycolyse), cyclisch (krebscyclus) of vertakt
Katabolisme = alle metabole reacties gericht op afbraak met vrijstelling v CO2 en H20 waarbij O2
verbruikt wordt
- Aanmaak chemische energie voor anabolisme en arbeid
- Vorming intermediairen voor biosynthese
- Exergonisch: energie opgeslagen in ATP
- Transfer reducerende equivalenten naar NAD+ en NADP+ (co-enzymen)
Anabolisme = metabole reacties die resulteren in synthese v complexe moleculen
- Endergonisch: energie uit ATP/ gereduceerde equivalenten (NADPH) verbruikt
Verhouding NZ, proteinen, lipiden… als brandstofbron is afhankelijk v cel tot cel
Bv. Rode bloedcellen en zenuwcellen: enkel koolhydraten
Lever (diabeticus) lipiden door gebrek aan koolhydraten
Hart- en skeletspier: energie uit katabole processen omzetten in mechanische energie
ATP: base via glycosidische binding aan ribose met daaraan 3 fosfaatgroepen op 5’C die via
fosfoanhydrische bindingen aan elkaar hangen
- Beta en gamma: energierijk - actieve vorm = altijd met Mg2+ (stabiliseren neg ladingen)
- Energierijk en heel onstabiel
Synthese/ verbruik ATP is gekoppeld aan vorming/ hydrolyse vd terminale fosfaatgroep(en)
7,5 kcal/mol komt vrij
G < 0: exergonisch, verloopt spontaan (energie komt vrij)
G > 0: endergonisch, veroopt niet spontaan (energie toegevoegd)
G bepaald evenwicht, niet snelheid
G = G + 2,303.RT.log Kev bij evenwicht G = 0 dus G = - 2,303.RT.log Kev
Kev < 1 : endergonisch Kev > 1 : exergonisch
G°’ : protonenconcentratie moet aangepast worden aan cellulaire omstandigheden
ATP + H2O ⇄ADP + Pi + H+ + H2O K'ev = [ADP] [Pi] [H+ ] / [ATP]
Concentratie niet in alle cellen en weefsels hetzelfde
Vrije energie veranderingen zijn additief -> als som G°’< 0 -> reactie aflopend
Reacties met pos G kunnen enkel spontaan verlopen als ze gekoppeld zijn aan andere
reactie met neg G zodat totale G neg is
Enzymen voor nodig
Reactie met G > 0 wordt gekoppeld aan splitsing ATP
Zodat ATP de nodige energie levert voor de reactie
Redenen actieve karakter ATP
, 1) Fosfaatrest heeft veel neg ladingen bij pH 7 (geioniseerd) -> elektrostatische afstoting ->
Pgroepen willen zsm loslaten
2) Resonantieproducten: hoe meer resonantievormen, hoe stabieler
ADP en P hebben meer vormen dan ATP
3) Vrijgestelde H+ worden weggehaald uit reactie
Proton enorm verdund in oplosmiddel -> reactie nog meer naar rechts
Andere E-rijke verbindingen: kunnen Pgroep afstaan aan ADP (hogere fosforyl-groep transfer
potentiaal)
- Enolfosfaten
- Acylfosfaten (fosfocarbonzuuranhydraten)
- Fosfoguanidinen
Gibbs energieschaal: onderaan = meest stabiel (minst energierijk)
Essentie metabolisme: mbv enzymen meer energierijke en onstabiele moleculen creeeren
zodat je op schaal klimt
Metabolische reacties gecontroleerd door energiestatus
Als 0: alles is AMP als 1: alles is ATP
Meestal tussen 0,8 en 0,95 (lager? Apoptose
geactiveerd)
- ATP-genererende wegen (katabolisme) geinhibeerd door hoge energielading
- ATP-consumerende wegen (anabolisme) gestimuleerd door hoge energielading
AXP (X = M/D/P): allostere regulatoren -> bepalen of ana/katabolisme moet werken
Oxidatie = afgeven v elektronen (of H-atomen)
Reductie = opnemen v elektronen (of H-atomen)
Meestal wegnemen of toevoegen v H-atomen
NAD+, NADP+, FAD: centrale elektronendragers (pyridine-nucleotiden of flavinen)
NADH, FADH2 transfereren e naar O2
Zie blokwijzer p25,26
Hydride ion H:-1 2 elektronen en 1 proton
NADP+ heeft geen Asp anders zou er elektrost afstoting zijn met de neg geladen fosfaatgroep
Fosfaatgroep dient als herkenningssignaal voor enzymen
NAD+ voor katabole reacties NADP+ voor anabole reacties
Coenzym A = universele drager van acylgroepen (R – C = O)
- Terminale SH is reactieve plaats
- Acylgroepen verbonden met CoA door thio-esterbinding (hoogenergetische binding)
Hydrolyse v thioester stelt meer energie vrij dan zuurstofester
Acetyl-CoA draagt geactiveerde acetylgroep, zoals ATP geactiveerde fosforylgroep
ΔG°’ -7.5 kcal.mol-1 (bij thioester)
,Calorische waarde voedingssubstanties
Volledige oxidatie glucose: C6H12O6 + 6 O2 6 CO2 + 6 H2O; G°’ = - 686 kcal mol-1
Vorming 38 moleculen ATP
Moleculair gewicht (g/mol) G°’(kcal/mol) Calorische waarde (kcal/g)
Glucose 180 -686 3,81
Palmitaat (VZ) 256 -2380 9,3
Glycine 75 -234 3,12
HOOFDSTUK 2: glycolyse of ‘Emden-Meyerhof’-metabole pathway
Glycolyse in alle lichaamscellen -> chemische energie vrijstellen
- Anaerobe degradatie v glucose tot lactaat
- Emergency pathway: houdt ATP op peil bij beperkte O2-toevoer (2 mol ATP per mol glucose)
- Aanloop naar aerobe oxidatie
Geen O2: eindproduct = lactaat wel O2: eindproduct = pyruvaat
Cellen met mitochondrien: eindproduct = pyruvaat
Pyruvaat verder geoxideerd tot CO2 en H2O
Hersenen: vooral glucose
Erytrocyten: geen mitoch dus geen Krebscyclus -> volledig afh v glycolyse en lactaat
Cornea, lens en retina: beperkte bloedtoevoer/ geen mitochondrien -> afh v glycolyse voor ATP
Mitoch zouden licht absorberen en verstrooien
Nier, medulla, testis en leukocyten: weinig mitoch -> volledig afh v glycolyse
Glucose komt in cel via glucosetransporters (GLUT’s)
Stap 3 = commited step: als deze stap gebeurd is, moeten alle volgende stappen ook volgen
Fosfofructokinase (PFK) = controle-enzym
- Wordt allosterisch geinhibeerd door ATP
hoge [ATP]: inhibitie want ATP op allost plaats zodat ATP uit katalytisch centrum
lage [ATP] (hoge [AMP]): AMP op allost plaays zodat ATP in kat centrum kan binden
in lever glucose gefosforyleerd tot glucose 6-fosfaat door glucokinase
Heeft hogere Km dus lagere affiniteit -> geeft voorrang aan spier- en hersencellen voor glucose
Glucokinase gaat pas werken bij enorm hoge conc glucose
Pyruvaatkinase (PK) = controle enzym
- Bestaat uit 4 identieke subeenheden die verschillend reguleren
Hoge [glucose] = lage [glucagon] = geen fosforylering v PK = actief PK
Lage [glucose] = lage [glucagon] = fosforylering v PK = inactief PK
Klinische correlatie: 18FDG = fluorodeoxyglucose
2-deoxy-2-(18F)fluoro-D-glucose: kan niet gemetaboliseerd worden via normale glycolyseweg door
fluoratoom ipv OH op 2’ positie
Opgenomen door organen/cellen die veel glucose verbranden (hersenen, lever, kankercellen)
Bij verval v 18F naar 18O ontstaat positron -> komen elektron tegen -> omgezet in energie
(fotonen) -> beeld via detector
Als F-FDG vervalt naar 18O- kan OH gevormd worden en wel verder gemetaboliseerd worden
18
, Pyruvaat = centraal molecule in metabolisme
- Hydrogenatie -> lactaat
- Gluconeogenese -> glucose
- Transamineringsreactie -> alanine
- Pyruvaat-dehydrogenasecomplex -> acetyl-CoA
Pyruvaat kinase (PK) deficientie en hemolytische anemie (anemie door hemolyse-abnormale afbraaK
van rode bloedcellen)
- Zeldzaam want weinige mutaties worden getolereerd
- ATP noodz voor ionen pompen die voor biconcave vorm zorgen
Geen ATP -> cellen zwellen op/ lyseren
Ziekte: maar 5-25% PK niveau’s in RBC -> te lage [ATP]
Reticulocyten (voorlopers RBC): hebben wel mitoch en normale ATP niveau’s
Verliezen mitoch bij maturatie naar RBC -> volledig afh vd glycolyse
Anemie = wanneer afgestorven cellen niet snel genoeg vervangen kunnen worden
1) Van pyruvaat naar ethanol (in gist en andere microörganismen)
- Doel = co-enzyme regeneren (waterstofdragers (NAD+) vrijmaken)
- Alcoholische fermentatie = omzetting v glucose in ethanol
Pyruvaat door pyruvaat decarboxylase omgezet in acetaldehyde dat in lactaat wordt omgezet
Per mol glucose 2 mol CO2 en 2 mol ethanol
glucose + 2Pi + 2ADP + 2H+ ⇄ 2CO2 + 2 ethanol + 2ATP + 2H2O
2) Lactaatvorming (microörganismen, cellen hogere organismen met beperkte O2)
- Doel = co-enzyme regeneren (waterstofdragers (NAD+) vrijmaken)
- Als tijdswinst
glucose + 2Pi + 2ADP ⇌ 2H2O + 2ATP + 2 lactaat
3) Van pyruvaat naar acetyl-co-enzym A
- Sleutel tot Krebscyclus
- Omzetting v pyruvaat in acetyl-coA is unidirectioneel
NAD+ wordt NADH, geeft later in de elektronentransportketen in de mitoch zn elektronen weer af
Pyruvaat dehydrogenase deficientie
Oorzaken: gebrek aan katalytische of regulatorische subeenheden vh multi-enzyme complex
Indicatoren: verhoogde serum (lactaat, pyruvaat, alanine)
Oplossing? Ketogeen dieet: weinig koolhydraten, meer vetzuren
VZ afgebroken -> spontaan keton gevormd -> kan door bloedhersenbarriere -> vervanging v
koolhydraten
