MEDISCHE EN KLINISCHE
BIOCHEMIE
3e Bachelor Farmacie
ACADEMIEJAAR 2024-2025
,MEDISCHE EN KLINISCHE BIOCHEMIE
I. INTRODUCTIE TOT HET INTERMEDIAIR METABOLISME
1. METABOLE BRANDSTOFFEN EN VOEDINGSBESTANDDELEN
1.1 BRANDSTOFFEN UIT DE VOEDING
Belangrijkste voedingstoffen: suikers (koolhydraten), proteïnen en lipiden
Opname en verbranding (= oxidatie, transfer v e naar O2) -> energie (ATP) + CO2 + H2O + warmte
➔ Nevenproducten: CO2 naar longen, H2O naar urine en zweet en warmte naar lichaamsT
ATP = universele E-leverancier in ons lichaam -> door hoog energetische fosfaatbindingen (2x)
• (Anabole) biochemische reacties
• Contractie vd spieren
• Actief transport
Hoog energetische fosfaatbinding = binding(en) tussen fosfaatgroepen van ATP enkel tussen - en - fosfaat
➔ Neg ladingen ladingen zetten binding “onder druk” door afstoting (veel E nodig om bindingen te
maken en samen te houden)
➔ Gemakkelijk te hydrolyseren
ATP + H2O en de terminale fosfaatgroepen ( en ) worden vlug afgesplitst
➔ Vrijgekomen fosfaat is stabiel (geen resonantie)
E-verbruik: ATP -> ADP + Pi
ATP-ADP cyclus = gesloten
Elke dag zet een volwassene een hvh ATP om die correspondeert met
minstens de helft van z’n lichaamsgewicht
1.1.1 DE BIO-ENERGETICA VAN DE CEL
Bijna alle E-kostende processen hebben ATP (of UTP, CTP, GTP) nodig
Regeneratie ATP: E nodig vrijgesteld via katabole reacties
➔ Via oxidatie v brandstoffen (verbruikt 95% v alle ingeademde O2)
Energieveranderingen in biologische systemen: wetten van thermodynamica !
• Behoud v energie
• Universum neigt naar wanorde (entropie ↑)
1
,ΔG = hvh E vrijgemaakt bij chemische reactie + beschikbaar om arbeid te verrichten
ΔG = ΔH – TΔS en is afh v:
• Verschil in chemische bindingsenergie tussen substraten en producten (ΔH)
• Hvh E niet beschikbaar voor werk, die verloren gaat (ΔS)
• Initiële conc v/d substraten & producten
ΔG0 = ΔG voor reactie met substraten én producten in 1M conc
ΔG = ΔG0' + RT ln [A]/[B]
ΔG0' (1M ; pH 7,0 ; 25 °C) -> gebruikt voor diverse kwantitatieve interpretaties v E-transformaties:
• Vrijgestelde hvh E uit ≠ soorten brandstoffen vergelijken
• Efficiëntie ≠ processen m.b.t. transformatie v chemische bindingsE vergelijken
Negatieve ΔG0' = voorwaartse reactie
1.1.2 ENERGIE UIT DE HOOGENERGETISCHE FOSFAATBINDING
Hydrolyse v ATP -> hydrolyseproducten hebben lagere vrije E dan reactieproducten door:
• Lagere chemische bindingsE (door resonantie -> delokalisatie v e naar naburig O-atoom)
• Stabielere reactieproducten
• Δ v wanorde = beperkt
➔ Voorwaartse richting + vijstelling E (ΔG0' = neg, -7 tot -8 kcal/mol)
1.1.3 DE RELATIE TUSSEN ΔG0 EN DE CONCENTRATIE VAN SUBSTRATEN EN PRODUCTEN
A: hydrolyse ATP (neg ΔG0’: voorwaartse
reactie)
B: standaardcondities -> ΔG = ΔG0' (pos
ΔG0’: achterwaartse reactie)
➔ Conc komt zelden voor in cel
Exacte ratio S/P bij evenwicht w bep door
waarde v ΔG0' -> hangt af v verschillen in
chemische bindingsE tussen S en P
Reactie met intrinsiek neg. ΔG0' + [S] is
>1M (of [P] < 1M of beiden): niet meer
ΔG0' maar ΔG
➔ Langer voor evenwicht bereikt +
meer E komt vrij !!
ΔG0' = theoretisch beeld waar reactie naartoe gaat
2
,Bij fysiologische cond. (≠ 1 M): enkel ΔG kan richting voorspellen
Hoe verder van evenwicht verwijderd, hoe meer E vrijkomt of toegevoegd moet w om dit thermodynamisch
evenwicht te bereiken
Rendement v ATP hydrolyse verschilt i.f.v. conc vd reactanten (= ATP, ADP of Pi)
➔ Min -7 kcal/mol beschikbaar
1.1.4 ENERGIETRANSFORMATIE OM ARBEID TE VERRICHTEN
In cel: E v klieving v ATP w. gekoppeld aan E-consumerende processen
➔ Ongunstige reacties met pos ΔG0' toch in gewenste richting !
➔ Vrijgekomen E efficiënt "kanaliseren" naar het E- vergende proces
➔ Via een aantal intermediaire stappen
1. Biosynthese van grotere moleculen
Anabole reacties = grotere moleculen synthetiseren uit kleinere bouwstenen (DNA, proteïnen, ...)
➔ Thermodynamisch ongunstig:
Hogere energie-inhoud in bindingen producten
Entropie ↓
(On)rechtstreeks ATP: 1 enzymstap of meerdere stappen met intermediairen
➔ Resultaat = hele pathway voorzien van neg ΔG0'
Voorbeeld: glycogeen (vorming glycosidische bindingen) vormen uit glucose -> 3 ATP moleculen nodig
Stap 1: Fosforylering v glucose (mbv ATP)
Geen ATP? ΔG0’ van +3,3 kcal en bij evenwicht hoge conc substraat
Hexokinase: koppeling fosforylering met hydrolysering v ATP -> ΔG0’ = -4 kcal/mol
3
, Trapping glucose: glucose kan niet meer over celmembraan door negatieve lading v
fosfaatgroep -> heeft geen andere keus dan vorming v glycogeen, glycolyse of een andere
pathway
Stap 2: Isomerisatie v glucose-6P naar glucose 1P (licht pos ΔG0')
Additief karakter van reacties: (kleine) pos ΔG0' voorwaarts door voorgaande of erop
volgende reactie met negatieve ΔG0'
ΔG0' vd sequentie v/d reacties = som v/d vrije E-veranderingen v/d individuele reacties
Reactie 4 w voorwaarts getrokken door gunstige reacties 2 en 5
Reactie 4 w voorwaarts zolang [S] > [P] (zolang ΔG0' niet te groot is)
Reversibel door positieve ΔG0'
Thermodynamisch irreversibel: ΔG0' te groot
Kinetisch irreversibel: te kleine enzymatische activiteit
vd omgekeerde reactie (gaat wel in andere richting
maar extreem traag)
ΔG0' = GEEN indicator voor snelheid vd reactie of snelheid waarmee evenwicht bereikt w
Activatie-E v/d reactie (= E nodig voor transitietoestand) WEL
Snelheid hangt af v enzym voor katalyse en hoeveelheid vh enzym
➔ Individuele eig qua werkingssnelheid (Km en Vmax)
➔ Hoe meer kopietjes vh enzym, hoe meer moleculen
simultaan omgezet kunnen worden
Glucose-6P <-> glucose-1P = voorbeeld v/e
(thermodynamisch én -kinetisch) reversibele reactie
➔ Glycogeenopbouw (glycogenese) als de
glycogeenafbraak (glycogen-olyse)
➔ Fosfoglucomutase = actief in beide richtingen
Stap 3: Actieve intermediairen zoals UDP-glucose gebruiken om glycogeen te vormen
UTP, CTP, GTP vaak i.p.v. ATP voor activatie v suikers
Fosfaatbinding in deze nucleotiden = gelijkaardig aan die v ATP en kan (enzymatisch) tussen
de nucleotiden getransfereerd w (P van ATP naar UDP)
Synthese v UDP-glucose vergt splitsing v 2 hoogE fosfosfaatbindingen in UTP en pyrofosfaat
1.1.4.2 Mechanische arbeid
Hoog-energetisch ATP -> beweging door conformatie v/e proteïne te wijzigen
➔ vb. contractie spiervezels: hydrolyse ATP gebonden aan myosine-ATPase
Spiervezels bestaan uit dikke filamenten (= bundels v/h proteïne myosine + dunne filamenten v
actine)
Terminaal domein v myosine heeft ATPase activiteit
4
, ➔ Hart: transformatie v ATP chemische bindingsE in mechanische arbeid
Elke individuele hartslag verbruikt 2% v/h ATP in de spier
Zonder continue ATP regeneratie -> na 1min alle al ATP opgebruikt
DUS veel oxidatieve fosforylatie en O2 nodig !! (anders hartinfarct + cel sterft)
Zie afbeelding p 11 + uitleg p 10
1.1.4.3 Actief transport arbeid
= transport tegen de conc gradiënt in over een membraan (bv. Na+, K+ -ATPase pompt Na+ uit de cel)
Chemische E v/d ATP binding: Na+ naar buiten door conformationele Δ vh proteïne als het zichzelf fosforyleert
bij de klieving v ATP
ECF conc (Na+) >> intracellulaire conc (Na+)
➔ Na+: continu in cel stromen om conc gradiënt op te heffen
➔ Influx Na+ = drijvende kracht opname van diverse componenten via co-transporter proteïnen
➔ Na+ continu terug buiten gepompt om mechanisme in stand te houden (tegelijk K+ naar binnen)
ATP = 3 Na+ buiten en 2 K+ binnen
1.2 KOOLHYDRATEN, VETTEN EN PROTEÏNEN ALS BRANDSTOF
Oxidatie v voedingsstoffen via diverse en geïntegreerde pathways met veel gemeenschappelijke kenmerken
➔ Door diversiteit vd voedingsstoffen: verschillende katabole routes die samenkomen in de Krebs cyclus
en de oxidatieve fosforylering
Proteïnen = bouwsteen (enkel brandstof indien geen koolhydraten of vetten w opgenomen)
1.2.1 KOOLHYDRATEN
Belangrijkste koolhydraten: zetmeel, sucrose,
lactose, fructose, glucose en niet-verteerbare
vezels
• Sucrose: gluc (1->2) fruc
• Lactose: gal (1->4) gluc
• Glucose = belangrijkste monosaccharide in bloed
• Niet-verteerbare vezels: cellulose (groenten,
fruit,...)
Oxidatie van KH levert 4 kcal/g energie op
Vertering (enzymatisch): grotere KH ->
monosacchariden die door darmwand kunnen en
zo opgenomen kunnen w in het bloed
5
BIOCHEMIE
3e Bachelor Farmacie
ACADEMIEJAAR 2024-2025
,MEDISCHE EN KLINISCHE BIOCHEMIE
I. INTRODUCTIE TOT HET INTERMEDIAIR METABOLISME
1. METABOLE BRANDSTOFFEN EN VOEDINGSBESTANDDELEN
1.1 BRANDSTOFFEN UIT DE VOEDING
Belangrijkste voedingstoffen: suikers (koolhydraten), proteïnen en lipiden
Opname en verbranding (= oxidatie, transfer v e naar O2) -> energie (ATP) + CO2 + H2O + warmte
➔ Nevenproducten: CO2 naar longen, H2O naar urine en zweet en warmte naar lichaamsT
ATP = universele E-leverancier in ons lichaam -> door hoog energetische fosfaatbindingen (2x)
• (Anabole) biochemische reacties
• Contractie vd spieren
• Actief transport
Hoog energetische fosfaatbinding = binding(en) tussen fosfaatgroepen van ATP enkel tussen - en - fosfaat
➔ Neg ladingen ladingen zetten binding “onder druk” door afstoting (veel E nodig om bindingen te
maken en samen te houden)
➔ Gemakkelijk te hydrolyseren
ATP + H2O en de terminale fosfaatgroepen ( en ) worden vlug afgesplitst
➔ Vrijgekomen fosfaat is stabiel (geen resonantie)
E-verbruik: ATP -> ADP + Pi
ATP-ADP cyclus = gesloten
Elke dag zet een volwassene een hvh ATP om die correspondeert met
minstens de helft van z’n lichaamsgewicht
1.1.1 DE BIO-ENERGETICA VAN DE CEL
Bijna alle E-kostende processen hebben ATP (of UTP, CTP, GTP) nodig
Regeneratie ATP: E nodig vrijgesteld via katabole reacties
➔ Via oxidatie v brandstoffen (verbruikt 95% v alle ingeademde O2)
Energieveranderingen in biologische systemen: wetten van thermodynamica !
• Behoud v energie
• Universum neigt naar wanorde (entropie ↑)
1
,ΔG = hvh E vrijgemaakt bij chemische reactie + beschikbaar om arbeid te verrichten
ΔG = ΔH – TΔS en is afh v:
• Verschil in chemische bindingsenergie tussen substraten en producten (ΔH)
• Hvh E niet beschikbaar voor werk, die verloren gaat (ΔS)
• Initiële conc v/d substraten & producten
ΔG0 = ΔG voor reactie met substraten én producten in 1M conc
ΔG = ΔG0' + RT ln [A]/[B]
ΔG0' (1M ; pH 7,0 ; 25 °C) -> gebruikt voor diverse kwantitatieve interpretaties v E-transformaties:
• Vrijgestelde hvh E uit ≠ soorten brandstoffen vergelijken
• Efficiëntie ≠ processen m.b.t. transformatie v chemische bindingsE vergelijken
Negatieve ΔG0' = voorwaartse reactie
1.1.2 ENERGIE UIT DE HOOGENERGETISCHE FOSFAATBINDING
Hydrolyse v ATP -> hydrolyseproducten hebben lagere vrije E dan reactieproducten door:
• Lagere chemische bindingsE (door resonantie -> delokalisatie v e naar naburig O-atoom)
• Stabielere reactieproducten
• Δ v wanorde = beperkt
➔ Voorwaartse richting + vijstelling E (ΔG0' = neg, -7 tot -8 kcal/mol)
1.1.3 DE RELATIE TUSSEN ΔG0 EN DE CONCENTRATIE VAN SUBSTRATEN EN PRODUCTEN
A: hydrolyse ATP (neg ΔG0’: voorwaartse
reactie)
B: standaardcondities -> ΔG = ΔG0' (pos
ΔG0’: achterwaartse reactie)
➔ Conc komt zelden voor in cel
Exacte ratio S/P bij evenwicht w bep door
waarde v ΔG0' -> hangt af v verschillen in
chemische bindingsE tussen S en P
Reactie met intrinsiek neg. ΔG0' + [S] is
>1M (of [P] < 1M of beiden): niet meer
ΔG0' maar ΔG
➔ Langer voor evenwicht bereikt +
meer E komt vrij !!
ΔG0' = theoretisch beeld waar reactie naartoe gaat
2
,Bij fysiologische cond. (≠ 1 M): enkel ΔG kan richting voorspellen
Hoe verder van evenwicht verwijderd, hoe meer E vrijkomt of toegevoegd moet w om dit thermodynamisch
evenwicht te bereiken
Rendement v ATP hydrolyse verschilt i.f.v. conc vd reactanten (= ATP, ADP of Pi)
➔ Min -7 kcal/mol beschikbaar
1.1.4 ENERGIETRANSFORMATIE OM ARBEID TE VERRICHTEN
In cel: E v klieving v ATP w. gekoppeld aan E-consumerende processen
➔ Ongunstige reacties met pos ΔG0' toch in gewenste richting !
➔ Vrijgekomen E efficiënt "kanaliseren" naar het E- vergende proces
➔ Via een aantal intermediaire stappen
1. Biosynthese van grotere moleculen
Anabole reacties = grotere moleculen synthetiseren uit kleinere bouwstenen (DNA, proteïnen, ...)
➔ Thermodynamisch ongunstig:
Hogere energie-inhoud in bindingen producten
Entropie ↓
(On)rechtstreeks ATP: 1 enzymstap of meerdere stappen met intermediairen
➔ Resultaat = hele pathway voorzien van neg ΔG0'
Voorbeeld: glycogeen (vorming glycosidische bindingen) vormen uit glucose -> 3 ATP moleculen nodig
Stap 1: Fosforylering v glucose (mbv ATP)
Geen ATP? ΔG0’ van +3,3 kcal en bij evenwicht hoge conc substraat
Hexokinase: koppeling fosforylering met hydrolysering v ATP -> ΔG0’ = -4 kcal/mol
3
, Trapping glucose: glucose kan niet meer over celmembraan door negatieve lading v
fosfaatgroep -> heeft geen andere keus dan vorming v glycogeen, glycolyse of een andere
pathway
Stap 2: Isomerisatie v glucose-6P naar glucose 1P (licht pos ΔG0')
Additief karakter van reacties: (kleine) pos ΔG0' voorwaarts door voorgaande of erop
volgende reactie met negatieve ΔG0'
ΔG0' vd sequentie v/d reacties = som v/d vrije E-veranderingen v/d individuele reacties
Reactie 4 w voorwaarts getrokken door gunstige reacties 2 en 5
Reactie 4 w voorwaarts zolang [S] > [P] (zolang ΔG0' niet te groot is)
Reversibel door positieve ΔG0'
Thermodynamisch irreversibel: ΔG0' te groot
Kinetisch irreversibel: te kleine enzymatische activiteit
vd omgekeerde reactie (gaat wel in andere richting
maar extreem traag)
ΔG0' = GEEN indicator voor snelheid vd reactie of snelheid waarmee evenwicht bereikt w
Activatie-E v/d reactie (= E nodig voor transitietoestand) WEL
Snelheid hangt af v enzym voor katalyse en hoeveelheid vh enzym
➔ Individuele eig qua werkingssnelheid (Km en Vmax)
➔ Hoe meer kopietjes vh enzym, hoe meer moleculen
simultaan omgezet kunnen worden
Glucose-6P <-> glucose-1P = voorbeeld v/e
(thermodynamisch én -kinetisch) reversibele reactie
➔ Glycogeenopbouw (glycogenese) als de
glycogeenafbraak (glycogen-olyse)
➔ Fosfoglucomutase = actief in beide richtingen
Stap 3: Actieve intermediairen zoals UDP-glucose gebruiken om glycogeen te vormen
UTP, CTP, GTP vaak i.p.v. ATP voor activatie v suikers
Fosfaatbinding in deze nucleotiden = gelijkaardig aan die v ATP en kan (enzymatisch) tussen
de nucleotiden getransfereerd w (P van ATP naar UDP)
Synthese v UDP-glucose vergt splitsing v 2 hoogE fosfosfaatbindingen in UTP en pyrofosfaat
1.1.4.2 Mechanische arbeid
Hoog-energetisch ATP -> beweging door conformatie v/e proteïne te wijzigen
➔ vb. contractie spiervezels: hydrolyse ATP gebonden aan myosine-ATPase
Spiervezels bestaan uit dikke filamenten (= bundels v/h proteïne myosine + dunne filamenten v
actine)
Terminaal domein v myosine heeft ATPase activiteit
4
, ➔ Hart: transformatie v ATP chemische bindingsE in mechanische arbeid
Elke individuele hartslag verbruikt 2% v/h ATP in de spier
Zonder continue ATP regeneratie -> na 1min alle al ATP opgebruikt
DUS veel oxidatieve fosforylatie en O2 nodig !! (anders hartinfarct + cel sterft)
Zie afbeelding p 11 + uitleg p 10
1.1.4.3 Actief transport arbeid
= transport tegen de conc gradiënt in over een membraan (bv. Na+, K+ -ATPase pompt Na+ uit de cel)
Chemische E v/d ATP binding: Na+ naar buiten door conformationele Δ vh proteïne als het zichzelf fosforyleert
bij de klieving v ATP
ECF conc (Na+) >> intracellulaire conc (Na+)
➔ Na+: continu in cel stromen om conc gradiënt op te heffen
➔ Influx Na+ = drijvende kracht opname van diverse componenten via co-transporter proteïnen
➔ Na+ continu terug buiten gepompt om mechanisme in stand te houden (tegelijk K+ naar binnen)
ATP = 3 Na+ buiten en 2 K+ binnen
1.2 KOOLHYDRATEN, VETTEN EN PROTEÏNEN ALS BRANDSTOF
Oxidatie v voedingsstoffen via diverse en geïntegreerde pathways met veel gemeenschappelijke kenmerken
➔ Door diversiteit vd voedingsstoffen: verschillende katabole routes die samenkomen in de Krebs cyclus
en de oxidatieve fosforylering
Proteïnen = bouwsteen (enkel brandstof indien geen koolhydraten of vetten w opgenomen)
1.2.1 KOOLHYDRATEN
Belangrijkste koolhydraten: zetmeel, sucrose,
lactose, fructose, glucose en niet-verteerbare
vezels
• Sucrose: gluc (1->2) fruc
• Lactose: gal (1->4) gluc
• Glucose = belangrijkste monosaccharide in bloed
• Niet-verteerbare vezels: cellulose (groenten,
fruit,...)
Oxidatie van KH levert 4 kcal/g energie op
Vertering (enzymatisch): grotere KH ->
monosacchariden die door darmwand kunnen en
zo opgenomen kunnen w in het bloed
5
