HOOFDSTUK 1: GLYCOLYSE en GLUCONEOGENESE
DOELSTELLINGEN:
1. Begrijpen van het lot van glucose in verschillende organen (zie ook
pentosefosfaat en glycogeen pathways).
Glucose wordt na opname in het lichaam verdeeld over verschillende weefsels, waar het
diverse rollen vervult. De beslissing wat er gebeurt met glucose gebeurt ALTIJD op het
niveau van glucose-6-fosfaat (G6P).
Rode bloedcellen:
o Hebben geen mitochondriën waardoor ze geen oxidatieve fosforylatie kunnen
doen→ glucose volledig via glycolyse en vervolgens fermentatie tot lactaat. Rbc
zijn volledig afhankelijk van de glycolyse voor ATP.
Hersenen:
o Hebben een constante toevoer van glucose nodig.
o Glucose wordt direct via glycolyse en oxidatieve fosforylatie gebruikt doordat
hersenen wel mitochondriën bevatten en pyruvaat kunnen doorsturen naar de
citroenzuurcyclus.
Hart en Spieren:
o Gebruiken glucose als energiebron, vooral tijdens inspanning. Ze kunnen
pyruvaat aeroob verbranden maar kunnen ook anaeroob omzetten tot lactaat.
Lactaat wordt dan uit de cel gepompt om de cel niet te laten verzuren.
o Spiercellen slaan glucose op vanuit G6P als glycogeen, glycogeen kan weer
omgezet worden naar glucose als het nodig is.
Vetweefsel:
o Vetweefsel dient voor energie opslag dus zetten glucose om tot glycogeen.
Daarnaast zetten ze pyruvaat verder om via acetyl-CoA tot vetzuren (pyruvaat
wordt dus niet gebruikt voor ATP productie !!)
Lever:
Normale celprocessen (wat andere cellen ook kunnen):
o Glycolyse, citroenzuurcyclus en aerobe verbranding voor maximale
energieproductie. Kan ook uitzonderlijk anaerobe omzetting tot lactaat doen.
o Ook opslag van glucose in vorm van glycogeen kan hier gebeuren.
Uniek aan de lever (wat andere cellen niet kunnen):
o Vetproductie: Pyruvaat kan worden omgezet in vetten, die verpakt worden in
VLDL en via het bloed naar andere cellen worden gestuurd.
o Gluconeogenese: De lever kan pyruvaat omzetten naar glucose-6-fosfaat
(G6P) en uiteindelijk tot glucose. Dit is de omgekeerde route van glycolyse,
wat alleen in de lever gebeurt.
o Glucose vrijmaken voor het lichaam: De lever kan als enige orgaan
glucose vrijlaten in het bloed, wat cruciaal is om het bloedsuikergehalte
stabiel te houden – vooral voor de hersenen en rode bloedcellen die afhankelijk
zijn van glucose.
Pentosefosfaatweg:
Produceert NADPH (nodig voor biosynthese en antioxidatieve verdediging).
Vormt ribose-5-fosfaat, essentieel voor nucleotiden.
Glycogeenmetabolisme:
1
, Glycogenese: omzetting van glucose naar glycogeen (opslagvorm).
Glycogenolyse: afbraak van glycogeen tot glucose-1-fosfaat
2. Begrijpen hoe glucose passief en actief wordt opgenomen in de cel
Glucose komt de cel binnen via twee hoofdmechanismen en gebeurt ALTIJD carrier
gemoduleerd:
Gefaciliteerde diffusie (passief): met de diffusiegradiënt
o Via GLUT-transporters.
o Geen energieverbruik, werkt volgens concentratiegradiënt.
o Belangrijkste GLUT-transporters:
Heeft minimum snelheid
o Regulatie door insuline (vooral GLUT4):
GLUT4 zit eerst "verborgen" in de cel (in vesikels).
Insuline zorgt ervoor dat GLUT4 naar het celmembraan wordt gebracht
(exocytose).
Hierdoor kan de cel meer glucose opnemen uit het bloed → belangrijk na een
maaltijd.
Actief transport: tegen de diffusiegradiënt
o SGLT (sodium-glucose linked transporters) = Na/glucose-symporter. Binding
van Na+ zorgt voor conformatieverandering waardoor bindingsplaats voor
glucose vrijkomt.
o In darmen en nieren zodat er geen glucose verloren gaat in stoelgang/urine.
o Gebruikt natriumgradiënt (secundair actief transport). Na + sleept glucose mee
naar binnen, dit kost energie via de Na/K-pomp. De Na/glucose symporter zelf
kost geen energie, maar dus wel indirect door de Na/K-pomp.
2
,3. De enzymatische stappen van de glycolyse alsook hun thermodynamische
evenwichten begrijpen en herkennen, zowel vanuit glucose, galactose als
fructose
Disachariden moeten eerst worden afgebroken tot monosachariden voordat ze
opgenomen en gebruikt kunnen worden in het metabolisme:
Sucrose = glucose + fructose (gehydrolyseerd door het enzym sucrase in de
dunne darm)
Lactose = glucose + galactose (gehydrolyseerd door het enzym lactase in de
dunne darm)
GLUCOSE:
De Netto opbrengst vd glycolyse zijn 2 ATPs (2 gebruikt in fase 1, 4 geproduceerd in fase
3) EN ook netto verlies/opbrengst van 2 NAD/2NADH in het cytosol. Dit laatste zorgt voor
een nood tot behoud van redox balans.
Fase 1: Voorbereidingsfase
1. Hexokinase-reactie (Glucose → Glucose-6-fosfaat, G6P):
o Doel: Deze reactie “vergrendelt” glucose in de cel door het te fosforyleren. Hierdoor
kan G6P niet via GLUT-transporters de cel verlaten. De reactie is irreversibel.
o Mechanisme:
Binding en induced-fit: Wanneer glucose aan hexokinase bindt, verandert het
enzym van conformatie (“induced-fit”), wat een specifieke pocket vormt zodat
water niet ingrijpt bij hydrolyse van ATP.
Negatieve ΔG: Door de spontane reactie (negatieve vrije energie) wordt de
evenwichtspositie naar rechts geduwd, wat betekent dat er continu G6P gevormd
wordt.
o Extra opmerking:
Hexokinase kan meerdere hexosen omzetten, maar de efficiëntie verschilt.
Bijvoorbeeld, wanneer xylose bindt, kan dat ertoe leiden dat water de plaats
inneemt van een ontbrekende CH2OH-groep, waardoor minder efficiënt ATP wordt
gehydrolyseerd.
2. Fosfogluco-isomerase (G6P → Fructose-6-fosfaat, F6P):
o Mechanisme:
De reactie verloopt in twee stappen: eerst wordt de aldehydegroep geopend en
daarna wordt deze omgezet naar een ketongroep.
o Reversibiliteit:
Deze stap is in evenwicht en omkeerbaar, wat betekent dat de reactie zowel naar
voren als achteren kan verlopen afhankelijk van de concentraties van de
reactanten.
o Mechanisme:
De reactie gaat via een cis-enediol intermediair en omvat zuur-base catalyse.
3. Fosfofructokinase (PFK, F6P → Fructose-1,6-bisfosfaat, F-1,6-BP):
o Committed Step:
Dit is de “point of no return” in de glycolyse. Na deze stap kan F-1,6-BP niet meer
teruggezet worden naar F6P. De reactie is irreversibel.
o Mechanisme:
Er wordt ATP verbruikt, wat resulteert in een extra negatieve ΔG, zodat de stap
energetisch “doorwaait” naar rechts.
3
, Fase 2: Splitsing en Isomerisatie
1. Splitsing van het 6C-suiker:
o Aldolase-werking:
Het F-1,6-BP wordt gesplitst in twee 3-koolstof (3C) fragmenten:
glyceraldehyde-3-fosfaat (GAP) en dihydroxyacetonfosfaat (DHAP).
o Energetische overweging:
Hoewel de aldolase-reactie een licht positieve ΔG heeft (evenwicht
theoretisch naar links), wordt deze in de cel vrijwel in evenwicht gebracht
(ΔG ≈ 0).
2. Isomerisatie van DHAP naar GAP:
o Dihydroxyacetonfosfaat isomerase:
DHAP wordt omgezet in GAP, zodat beide 3C-fragmenten via hetzelfde pad
verder kunnen gaan.
o Energetiek:
De theoretische ΔG van deze reactie is positief, maar doordat het
evenwicht in de cel naar GAP verschuift, vindt de omzetting wel efficiënt
plaats.
Resultaat: Er ontstaat dus uiteindelijk 2 keer GAP, waarmee de glycolyse verder in
dezelfde, energieopbrengende fase kan doorgaan.
Fase 3: Energietransformatie
1. Oxidatie en Fosforylatie (GAP naar 1,3-Bisfosfoglyceraat, 1,3-BPG):
o GAP Dehydrogenase (GAPDH) verloopt in 2 stappen:
GAP wordt eerst geoxideerd, waarbij NAD⁺ wordt gereduceerd tot NADH.
Tegelijkertijd vindt fosforylering plaatst waar er een fosfaatgroep van
orthfosfaat (Pi) wordt toegevoegd, waardoor 1,3-BPG wordt gevormd.
o Belangrijk punt:
1,3-BPG heeft een hoge fosfaattransfer potentiaal, wat essentieel is voor
de daaropvolgende ATP-genererende stap.
2. Substraat-niveau fosforylatie:
o Eerste ATP-productie:
1,3-BPG geeft een fosfaatgroep af aan ADP, waardoor ATP ontstaat en het
molecuul wordt omgezet in 3-fosfoglyceraat.
3. Pyruvaatvorming:
o Twee-staps proces:
Eerst wordt PEP omgezet in een tussenproduct (een enolvorm), waarbij
ATP wordt gegenereerd.
Deze enolvorm is instabiel en wordt snel omgezet in de stabiele
ketonvorm: pyruvaat.
o Energetiek:
De omzetting van de enolvorm naar pyruvaat is zeer exergonisch (heeft
een zeer negatieve ΔG), wat de gehele reactie energetisch favorabel
maakt. Deze reactie is hierbij irreversibel.
:
4
DOELSTELLINGEN:
1. Begrijpen van het lot van glucose in verschillende organen (zie ook
pentosefosfaat en glycogeen pathways).
Glucose wordt na opname in het lichaam verdeeld over verschillende weefsels, waar het
diverse rollen vervult. De beslissing wat er gebeurt met glucose gebeurt ALTIJD op het
niveau van glucose-6-fosfaat (G6P).
Rode bloedcellen:
o Hebben geen mitochondriën waardoor ze geen oxidatieve fosforylatie kunnen
doen→ glucose volledig via glycolyse en vervolgens fermentatie tot lactaat. Rbc
zijn volledig afhankelijk van de glycolyse voor ATP.
Hersenen:
o Hebben een constante toevoer van glucose nodig.
o Glucose wordt direct via glycolyse en oxidatieve fosforylatie gebruikt doordat
hersenen wel mitochondriën bevatten en pyruvaat kunnen doorsturen naar de
citroenzuurcyclus.
Hart en Spieren:
o Gebruiken glucose als energiebron, vooral tijdens inspanning. Ze kunnen
pyruvaat aeroob verbranden maar kunnen ook anaeroob omzetten tot lactaat.
Lactaat wordt dan uit de cel gepompt om de cel niet te laten verzuren.
o Spiercellen slaan glucose op vanuit G6P als glycogeen, glycogeen kan weer
omgezet worden naar glucose als het nodig is.
Vetweefsel:
o Vetweefsel dient voor energie opslag dus zetten glucose om tot glycogeen.
Daarnaast zetten ze pyruvaat verder om via acetyl-CoA tot vetzuren (pyruvaat
wordt dus niet gebruikt voor ATP productie !!)
Lever:
Normale celprocessen (wat andere cellen ook kunnen):
o Glycolyse, citroenzuurcyclus en aerobe verbranding voor maximale
energieproductie. Kan ook uitzonderlijk anaerobe omzetting tot lactaat doen.
o Ook opslag van glucose in vorm van glycogeen kan hier gebeuren.
Uniek aan de lever (wat andere cellen niet kunnen):
o Vetproductie: Pyruvaat kan worden omgezet in vetten, die verpakt worden in
VLDL en via het bloed naar andere cellen worden gestuurd.
o Gluconeogenese: De lever kan pyruvaat omzetten naar glucose-6-fosfaat
(G6P) en uiteindelijk tot glucose. Dit is de omgekeerde route van glycolyse,
wat alleen in de lever gebeurt.
o Glucose vrijmaken voor het lichaam: De lever kan als enige orgaan
glucose vrijlaten in het bloed, wat cruciaal is om het bloedsuikergehalte
stabiel te houden – vooral voor de hersenen en rode bloedcellen die afhankelijk
zijn van glucose.
Pentosefosfaatweg:
Produceert NADPH (nodig voor biosynthese en antioxidatieve verdediging).
Vormt ribose-5-fosfaat, essentieel voor nucleotiden.
Glycogeenmetabolisme:
1
, Glycogenese: omzetting van glucose naar glycogeen (opslagvorm).
Glycogenolyse: afbraak van glycogeen tot glucose-1-fosfaat
2. Begrijpen hoe glucose passief en actief wordt opgenomen in de cel
Glucose komt de cel binnen via twee hoofdmechanismen en gebeurt ALTIJD carrier
gemoduleerd:
Gefaciliteerde diffusie (passief): met de diffusiegradiënt
o Via GLUT-transporters.
o Geen energieverbruik, werkt volgens concentratiegradiënt.
o Belangrijkste GLUT-transporters:
Heeft minimum snelheid
o Regulatie door insuline (vooral GLUT4):
GLUT4 zit eerst "verborgen" in de cel (in vesikels).
Insuline zorgt ervoor dat GLUT4 naar het celmembraan wordt gebracht
(exocytose).
Hierdoor kan de cel meer glucose opnemen uit het bloed → belangrijk na een
maaltijd.
Actief transport: tegen de diffusiegradiënt
o SGLT (sodium-glucose linked transporters) = Na/glucose-symporter. Binding
van Na+ zorgt voor conformatieverandering waardoor bindingsplaats voor
glucose vrijkomt.
o In darmen en nieren zodat er geen glucose verloren gaat in stoelgang/urine.
o Gebruikt natriumgradiënt (secundair actief transport). Na + sleept glucose mee
naar binnen, dit kost energie via de Na/K-pomp. De Na/glucose symporter zelf
kost geen energie, maar dus wel indirect door de Na/K-pomp.
2
,3. De enzymatische stappen van de glycolyse alsook hun thermodynamische
evenwichten begrijpen en herkennen, zowel vanuit glucose, galactose als
fructose
Disachariden moeten eerst worden afgebroken tot monosachariden voordat ze
opgenomen en gebruikt kunnen worden in het metabolisme:
Sucrose = glucose + fructose (gehydrolyseerd door het enzym sucrase in de
dunne darm)
Lactose = glucose + galactose (gehydrolyseerd door het enzym lactase in de
dunne darm)
GLUCOSE:
De Netto opbrengst vd glycolyse zijn 2 ATPs (2 gebruikt in fase 1, 4 geproduceerd in fase
3) EN ook netto verlies/opbrengst van 2 NAD/2NADH in het cytosol. Dit laatste zorgt voor
een nood tot behoud van redox balans.
Fase 1: Voorbereidingsfase
1. Hexokinase-reactie (Glucose → Glucose-6-fosfaat, G6P):
o Doel: Deze reactie “vergrendelt” glucose in de cel door het te fosforyleren. Hierdoor
kan G6P niet via GLUT-transporters de cel verlaten. De reactie is irreversibel.
o Mechanisme:
Binding en induced-fit: Wanneer glucose aan hexokinase bindt, verandert het
enzym van conformatie (“induced-fit”), wat een specifieke pocket vormt zodat
water niet ingrijpt bij hydrolyse van ATP.
Negatieve ΔG: Door de spontane reactie (negatieve vrije energie) wordt de
evenwichtspositie naar rechts geduwd, wat betekent dat er continu G6P gevormd
wordt.
o Extra opmerking:
Hexokinase kan meerdere hexosen omzetten, maar de efficiëntie verschilt.
Bijvoorbeeld, wanneer xylose bindt, kan dat ertoe leiden dat water de plaats
inneemt van een ontbrekende CH2OH-groep, waardoor minder efficiënt ATP wordt
gehydrolyseerd.
2. Fosfogluco-isomerase (G6P → Fructose-6-fosfaat, F6P):
o Mechanisme:
De reactie verloopt in twee stappen: eerst wordt de aldehydegroep geopend en
daarna wordt deze omgezet naar een ketongroep.
o Reversibiliteit:
Deze stap is in evenwicht en omkeerbaar, wat betekent dat de reactie zowel naar
voren als achteren kan verlopen afhankelijk van de concentraties van de
reactanten.
o Mechanisme:
De reactie gaat via een cis-enediol intermediair en omvat zuur-base catalyse.
3. Fosfofructokinase (PFK, F6P → Fructose-1,6-bisfosfaat, F-1,6-BP):
o Committed Step:
Dit is de “point of no return” in de glycolyse. Na deze stap kan F-1,6-BP niet meer
teruggezet worden naar F6P. De reactie is irreversibel.
o Mechanisme:
Er wordt ATP verbruikt, wat resulteert in een extra negatieve ΔG, zodat de stap
energetisch “doorwaait” naar rechts.
3
, Fase 2: Splitsing en Isomerisatie
1. Splitsing van het 6C-suiker:
o Aldolase-werking:
Het F-1,6-BP wordt gesplitst in twee 3-koolstof (3C) fragmenten:
glyceraldehyde-3-fosfaat (GAP) en dihydroxyacetonfosfaat (DHAP).
o Energetische overweging:
Hoewel de aldolase-reactie een licht positieve ΔG heeft (evenwicht
theoretisch naar links), wordt deze in de cel vrijwel in evenwicht gebracht
(ΔG ≈ 0).
2. Isomerisatie van DHAP naar GAP:
o Dihydroxyacetonfosfaat isomerase:
DHAP wordt omgezet in GAP, zodat beide 3C-fragmenten via hetzelfde pad
verder kunnen gaan.
o Energetiek:
De theoretische ΔG van deze reactie is positief, maar doordat het
evenwicht in de cel naar GAP verschuift, vindt de omzetting wel efficiënt
plaats.
Resultaat: Er ontstaat dus uiteindelijk 2 keer GAP, waarmee de glycolyse verder in
dezelfde, energieopbrengende fase kan doorgaan.
Fase 3: Energietransformatie
1. Oxidatie en Fosforylatie (GAP naar 1,3-Bisfosfoglyceraat, 1,3-BPG):
o GAP Dehydrogenase (GAPDH) verloopt in 2 stappen:
GAP wordt eerst geoxideerd, waarbij NAD⁺ wordt gereduceerd tot NADH.
Tegelijkertijd vindt fosforylering plaatst waar er een fosfaatgroep van
orthfosfaat (Pi) wordt toegevoegd, waardoor 1,3-BPG wordt gevormd.
o Belangrijk punt:
1,3-BPG heeft een hoge fosfaattransfer potentiaal, wat essentieel is voor
de daaropvolgende ATP-genererende stap.
2. Substraat-niveau fosforylatie:
o Eerste ATP-productie:
1,3-BPG geeft een fosfaatgroep af aan ADP, waardoor ATP ontstaat en het
molecuul wordt omgezet in 3-fosfoglyceraat.
3. Pyruvaatvorming:
o Twee-staps proces:
Eerst wordt PEP omgezet in een tussenproduct (een enolvorm), waarbij
ATP wordt gegenereerd.
Deze enolvorm is instabiel en wordt snel omgezet in de stabiele
ketonvorm: pyruvaat.
o Energetiek:
De omzetting van de enolvorm naar pyruvaat is zeer exergonisch (heeft
een zeer negatieve ΔG), wat de gehele reactie energetisch favorabel
maakt. Deze reactie is hierbij irreversibel.
:
4
