METABOLISME
H1: Biomoleculen
Suikers = koolhydraten
- Bouwstenen: monosachariden (glucose, fructose, galactose)
- Stereochemie: 2 manieren om monosachariden 3D weer te geven in 2D
o Ficherprojectie = suikerstructuur in het vlak vh blad te drukken
▪ Horizontale lijnen: naar voor
▪ Verticale lijnen: naar achter
▪ Chirale centrum: C
▪ Functionele groep: OH groep (L isomeren: links & D isomeren: rechts) CH2OH
o Haworth projectie = ringstructuur maken van lineair molecule (dmv intermoleculaire bindingen) OH O
▪ Alfa anomeren: OH naar beneden H C OH
▪ Beta anomeren: OH naar boven H C OH HO
OH
OH
alfa-anomeer
- Bindingen tss 2 suikers: glycosidebindingen HO C H
CH2OH
o Disachariden H C OH
O
OH
CH2OH
O HOCH2
▪ Sucrose → cariës + obesitas (binding tss alfa 1 glucose en alfa 2 fructose) H C O OH
C
▪ Lactose → moedermelk + koemelk
Sucrose O HO
glucose fructose OH HO
CH2OH HO
alfa-1 ® 2 O
HO CH2OH OH
OH
CH2OH
HO
CH2OH
▪ Maltose → tussenproduct bij spijsvertering v zetmeel & bierproductie D-glucose bèta-anomeer HO
Lactose
galactose glucose
HO
OH
O o Oligosachariden
OH
O OH
O
bèta-1 ® 4
OH OH
▪ Belangrijk voor structuur van membranen (polair)
CH2OH
O
CH2OH ▪
O OH
Eiwitketen (polypeptide) covalent verbonden met suikers = glycoproteïnen
•
Maltose
glucose glucose
alfa-1 ® 4
OH
O
OH
Serine residu (O gebonden)
•
HO
OH OH
Asparagine residu (N gebonden)
▪ Veel verschillende soorten door verschillende soorten bindingen & suiker bouwstenen
o Polysachariden
▪ Belagrijk voor structuur
• Cellulose: in planten
• Chitine: in exoskelet van insecten en schaaldieren
▪ Glucosaminoglycanen = negatief geladen repetitieve dissachariden
• Hyaluronzur: in glasachtig lichaam vh oog
• Heparine: bloedcirculatie, voorkomt bloedstolling
▪ Belangrijk voor E opslag
• Zetmeel: van platen (onvertakt = amylose – vertakt = amylopectine)
• Glycogeen: van skeletspieren en lever
• Dextranen: van bacteren in mondholte
- Niet gecodeerd in het genoom: enkel code voor enzymen die de suikers aanmaken
- Meest aanwezige biomoleculen op Aarde
- Belang: voeding, metabolisme, biomedische toepassingen
- Functies: energiebron in voeding + structuur gevende moleculen
O
HO CH2 CH2 CH2 CH2 CH2 CH2 CH2 CH2 C O CH2
Lipiden = vetten HC CH CH CH CH CH CH CH 2 2 2 2 2 2
3 2
- Bouwstenen: vetzuren + alcoholdrager (glycerol of cholesterol) HO CH
O
•
CH CH CH CH CH CH CH C 2 2 2 2 2 2 2 O CH
Vetzuren = Koolwaterstofstaart + carboxylgroep HC CH CH CH CH CH CH CH 2 2 2 2 2 2
3 2
o Verzadigde vz: enkelvoudige bindingen → lineair HO CH
O
2
O CH2
o Onverzadigde vz: dubbele binding → knik glycerol
CH CH CH CH CH CH CH
CH CH CH CH CH CH
C 2 2 2 2 2 2 2
HC CH 3 2 2 2 2 2 2 2
- Voorbeelden:
• Triglyceriden: Triacylglycerol: 3 vetzuren + glycerol (3 esterbindigen tss OH glycerol + COOH vetzuren)
• Membraanlipiden (amfipatische moleculen)
o Glycerolipiden (4 soorten): fosfatidyl -choline, -ethanolamine, -serine, -inositol
▪ Glycerol verbonden met 2 vetzuren + 1 geladen fosfatidiyl(choline)groep
o Sfingolipiden: sfingomyeline:
▪ 1 vetzuur + 1 sfingoline + 1 geladen fosfatidylcholine groep
O O apolair polair
apolair polair
CH2 CH2 CH2 CH2 CH2 CH2 CH2 C O CH2 CH2 CH2 CH2 CH2 CH2 CH2 CH2 C
H3C CH2 CH2 CH2 CH2 CH2 CH2 CH2
O H3C CH2 CH2 CH2 CH2 CH2 CH2 CH2 NH
CH2 CH2 CH2 CH2 CH2 CH2 C O CH
twee koolwaterstofstaarten
CH2 fosfaat fosfaat
CH2 CH2 CH2 CH2 CH2 CH2 HC CH
H3C CH2 CH2 CH2 CH2 CH2 CH2 CH2 CH3 CH CH3
+ H3 C CH2 CH2 CH2 CH2 CH2 CH2 CH2 CH2 +
H2C P C C N CH3 P C C N CH3
twee vetzuuresters H2 H2 H2 H2
glycerol CH3 sfingosine CH3
choline choline
, o Cholesterol: 4 ringen
CH2
H 3C
CH3
H
C CH2
▪ a met OH
▪
CH
H
b met dubbele binding
3
HC
2 C
▪
CH
c
3
CH3
▪ d met koolwaterstofstaart
HO
▪ cholesterolester = verbinding tss OH cholesterol + vetzuur
→ vorming lipide druppels (apolair)
→ Vormen lipide dubbellagen/biomembranen (blang van compartimentalisatie)
o Vloeibaar mozaiek model:
▪ 1 = integrale membraaneiwitten (polaire kop + apolair deel)
▪ 2 = perifeer eiwitten (binden aan 1, treden op als signaal moleculen of receptoren)
▪ Verzadigde vz → stevige membraan – onverzadigde vz → niet stevig
- Bindingen tss vetzuur en alcoholdrager: ester en etherbindingen
- Niet gecodeerd in het genoom: enkel code voor enzymen die de lipiden aanmaken
- Belang: voeding, metabolisme, membranen, biomedische toepassingen
- Functies: energiebron in gezonde (olijven) en minder gezonde voeding (boter) + biologische membranen
- Extra:
• Alle vetten zijn hydrofoob
• hoe langer de keten hoe hoger de smelttemperatuur (bv dierlijke vetten (boter) → semi vast))
• aanwezigheid dubbele dingingen = lagere smelttemperatuur (bv plataardige vetten (olie) → vloeibaar)
Proteïnen = eiwitten
- Bouwstenen: Aminozuren
• Voorlopers van afgeleide moleculen (bv heam, neurotransmitters, polyaminen..)
• 20 verschillende soorten az
• Essentiele az = kunnen niet aangemaakt worden door het menselijk lichaam (je moet ze eten)
- Functies: structuur, signaaloverdracht, bescherming, metabolisme,…
- Bindingen tss 2 AZ: peptidebinding
• Aminoterminus → carboxyterminus
• Bv tripeptide gluthation (belangrijk bij redoxreacties)
o Glutamaat + glycine + cysteine
o Niet gekodeerd ih genoom
- Extra:
• 15% van lichaamsgewicht van mens = eiwitten (tekort aan eiwitten = kindersterfte)
• Belangrijkste component van cellen (na water) (behalve vetcellen)
• Belangrijkste voeding van macro-nutrienten
- Wel gecodeerd in het genoom: één gen → uniek eiwit (of groep varianten) → unieke functie(s))
Aminozuren
- Aminogroep, COOH-groep, H groep, R groep + chirale centrum (behalve 2 AZ: glycine en proline)
- D isomeren: aminogroep rechts – L isomeren: aminogroep links
- Polaire AZ
• Zijketenmodificaties: Ser & Thr
o Reversibele veranderingen van chemische structuur (gefosforyleerd – niet gefosforyleerd)
o Dmv proteïne kinasen die P van ATP toevoegen of wegnemen op OH groep
• Kunnen geladen of ongeladen (Asn & Gln) zijn
- Apolaire AZ
• Leu & Ile = structuur isomeren
• Phe = meest apolaire AZ
, Eiwitstructuur
- Primaire structuur
• Zorgt voor unieke eigenschappen van eiwitten + bevat info voor 3D structuur van eiwit
• Orthologe verwantschap: homologe sequenties van genen die coderen voor dezelfde eiwitten met
dezelfde functie bij verschillende soorten
o Bv runderinsuline: 2 polypeptideketen
o Bv Preproinsuline: 4 ketens (wordt geknipt om runderinsuline te vormen) → gelijkende
structuur bij mens en rund
• Paraloge verwantschap: homologe sequenties van genen die coderen voor verschillende eiwitten met
verschillende functie bij hetzelfde organisme binnen 1 soort
o Insuline, IGF1, IGF2 → bij muis, bij mens
o Enolase 1, 2, 3, 4 → bij mens
o Genduplicatie => toonde paraloge verwantschap aan
Nucleïnezuren
- Bouwstenen: basen (2 purines + 3 pyrimidines)
- Nucleoside: base + suiker (ribose of deoxyribose)
- Nucleotide: base + suiker + fosfaatgroep op C5
- Nucleïnezuren: strengen van nucleotiden via fosfodiesterbindingen (DNA, RNA)
• DNA:
o Dubbelstrengig → A - T (2 H-bruggen) → G – C (3 H-bruggen)
o Kleine en grote groeve
• RNA:
- Enzymen
• Katalysatoren vh metabolisme
• Bv hydrolase (peptidase):
o Afbraak van dipeptiden naar 2 afzonderlijke AZ (afbraak peptidebinding)
o H2O nodig
• BV suikertransferasen
o Synthese van glycoproteïnen aan de oppervlakte van rode bloedcellen
• Polymorfisme: voorkomen van meerdere vormen (allelen) van 1 gen binnen 1 soort → variatie
o ABO-gen codeert voor ABO bloedgroep-antigenen (3 allelen → 4 genotypen → 4 soorten
antigenen)
o Bèta-globine: door puntmutatie in gen dat codeert voor betaglobine → sikkelcelziekte
,H2: Het metabolisme
WAT?: Verzameling van chemische reacties in een levend organismen om het organisme gezond te houden
- Groei, voortplanting, …
- Evolueert ifv de tijd
HOE?: metabole reacties
WAAR?: in alle cellen van het organisme gebeuren er veel metabole reacties tegelijkertijd (elke cel → eigen metabolisme)
ZIEKTE?: puntmutaties => metabole ziektes
- Kankermetabolisme: metabolisme gaat ipv gezonde cellen, kankercellen doen groeien
2 soorten metabolisme
- Cel metabolisme = elke cel heeft eigen metabolisme
- Lichaam metabolisme = samenwerking tss organen/weefsels → geregeld dmv hormonen
• Heel veel genen coderen voor eiwitten met metabole functie
• Bv samenwerking lever en skeletspieren (afvalstoffen recycleren)
Belangrijke principes !!!
- Metabole weg = logische volgorde van metabole reacties waarbij (STATISCH)
• Metabolieten worden aangemaakt (tussenproducten) die chemisch veranderen
• Enzymen de reacties katalyseren
• Reactiemechanismen
- Metabole flux = het aantal metabolieten die op één punt passeren per tijdseenheid (DYNAMISCH)
- Katabolisme: complexe moleculen (eiwitten, vetten, polysachariden) gebruiken om ATP te genereren
• 1) Productie van bouwstenen (vetzuren, AZ, glucose)
• 2) verbranden van bouwstenen → productie Aceltyl CoA
• 3) verbranding Acetyl CoA id krebcyclus → CO2 + e- productie
• 5) e- gebruikt bij oxidatieve fosforylatie → vorming ATP
- Anabolisme: complexe moleculen vormen mbv ATP
• Omgekeerde reactie
→ In realiteit is het niet mogelijk om strikt anabool of katabool te hebben
- Verbranding/oxidatie van: (vetten leveren meer E dan glucose)
• Glucose → 30 ATP
• Vetten (palmitaat) → 106 ATP
Doel vh metabolisme !!!
- ATP-productie (energie) → door katabole → nodig voor anabole
- Componenten met een reducerende vermogens produceren (NADPH…) → door katabole → nodig voor anabole
- Bouwstenen produceren om complexe moleculen te bouwen → door anabole → voor katabole
Adenine-ribo-nucleotide (alle volgende moleculen bevatten deze chemisch groep) !!!
- ATP: ontstaat op 2 manieren (= drager van E)
• Oxidatieve fosforylering = koppeling van ADP met anorganisch fosfaat P
o In binnenste membraan vd mitochondriën
o 90% vd cellen doet dit
• Fosforylering op substraatniveau = transfer van energierijk fosfaat van een metaboliet naar ADP
o Overal in de cel
o 10% vd cellen (hebben geen mitochondriën)
→ Enorm belangrijk voor groei, herstel, beweging, voortplanting, actief transport (energie)
- NADH & FADH2 (= dragers van e-)
• NAD+ : 3 dubbele bindingen
o Door 2 e- toe te voegen vorm je NADH met 2 dubbele bindingen (stabieler)
• FAD: veel dubbele bindingen
o Door 2 e- toe te voegen vorm je FADH2 met minder dubbele bindingen (stabieler)
→ Geven e- af om ATP te produceren
- NADPH (= drager van e-)
• Geeft zijn e- niet aan de complexen van de ademhalingsketen
• Geeft e- aan enzymen die betrokken zijn bij deductieve biosynthese (aanmaak vetzuren en cholesterol)
- Acetyl CoA: (= drager van acyl-groep)
• CO2 + ATP vormen door verbranding acetylCoA
• Vetzuren + cholesterol vormen
- Uridine ribonucleotiden (=drager van geactiveerde suikers)
• UTP + glucose → uridine difosfoglucose (geactiveerde bouwsteen voor aanmaak glycogeen)
• UTP + galactose → uridine difosfogalactose (voor aanmaak bloedgroep B antigeen)
,Regeling vh metabolisme !!!
- Regeling door Flux-bepalende enzymen
• enzym 1 bepaalt de flux vh metabole pad (eerste omzetting) !!
• enzym 1 katalyseert een onomkeerbare reactie (eerste omzetting)
• oftewel wordt het AANTAL enzymen of de ACTIVITEIT vd enzymen aangepast indien nodig (of beide)
- Regeling door Hormonen
• Peptidehormonen (insuline, glucagon) & Neurotransmitters (noradrenaline) (SNELLE WERKING)
o Binden aan membraanreceptoren → signaaltransductie → verandering vd chemische
structuur vd enzymen (fosforylering, allosterie) → verandering vd flux in een cel →
metabolisme regelen
• Steroïd hormonen (cortisol, oestrogeen, progesteron) (TRAGE WERKING)
o Binden aan nucleaire receptor in de kern vd cel → verhoogde genexpressie → nieuwe
enzymen geproduceerd → verandering vc chemische structuur vd enzymen (fosforylatie,
allosterie) → verandering vd flux → metabolisme regelen
- Regeling door allosterie/fosforylering (snel)
• Veranderen vd chemische structuur van enzymen (van inactief → actief en omgekeerd)
- Regeling door translocatie (snel)
• Enzymen op de juiste plaats in de cel brengen (ze zitten op een verkeerde plaats → inactief)
• Bv glucokinase: zit normaal in de kern maar moet naar het cytoplasma om glycolyse te regelen
- Regeling door genexpressie (traag)
• Veel mRNA → meer genexpressie → meer enzymen → meer activiteit → meer flux
- Regeling door metabolieten (ATP, ADP, AMP)
• Verhouding in aantallen = energy charge van de cel (ideaal = 0,9)
• Remt katabole wegen, stimuleert de anabole wegen
• Formule kennen
- Feedback inhibitie
• Laatste enzym kan feedback geven aan enzym 1 (die de flux regelt) om meer of minder metabolieten te
produceren (door allosterie, fosforylatie, genexpressie te regelen)
→ meer enzymen → meer activiteit → meer flux → metabolisme sneller gereguleerd
100
katabole wegen
metabole flux (%max)
energy [ATP]+1/2[ADP]
50
charge = [ATP]+[ADP]+[AMP]
anabole wegen
0
0,0 0,5 1,0
normale waarde
energy charge in levende cel
Het probleem van ongewenste reacties en diffusie afstanden
- In cel liggen enzymen ver van elkaar → hoe vinden de metabolieten de juiste enzymen om de metabole paden te
vervolledigen? → Enzymen bij elkaar brengen → kortere diffusie afstanden + geen ongewenste reacties
- HOE?
• Niet met elkaar verbonden enzymen bij elkaar brengen (letterlijk)
• Multifunctioneel enzym
o Één 3D structuur met verschillende actieve sites
o Belangrijk voor anabole paden
o Bv vetzuur synthase
• Metabolon
o De verschillende aangemaakte enzymen die elk één verschillende metabole reactie
katalyseren in één metabool pad komen samen en vormen een quaternaire structuur
o Niet covalent verbonden!
o Belangrijk voor anabole en katabole paden niet met elkaar verbonden enzymen
o Bv: PDH-complex, purinosoom 1 2 3 4 5 6
A B C D E F G
diffusie-afstanden
multifunctioneel enzym metabolon
2
N
2 3 4 5 6 4 3
6
C 5
vaak anabool anabool/katabool
stoichiometrie actieve stoichiometrie verzekerd door
sites verzekerd geregelde genexpressie
vb vetzuursynthase vb PDH-complex, purinosoom
, H3: Cellulaire opname en afbraak van glucose in de Glycolyse (in cytoplasma)
Hoe geraakt glucose in de cel?
Glucose = polair ↔ Plasmamembraan = apolair
- Glucosetransporters = transmembraniare eiwitten die glucose in de cel doorlaten (2 soorten)
o Faciliterende glucosetransporters GLUTs => via passieve diffusie: glucose van hoge naar lage con.
▪ GLUT1
• Bevindt zich in vele weefsels
• Functie: transport glucose van bloed meeste lichaamscellen (die glucose verbruiken)
▪ GLUT2
• Bevindt zich in gespecialiseerde cellen (lever, dunne darm, niertubuli)
• Lever:
o Functie: glucose transport van bloed naar levercellen en omgekeerd
o Ifv waar de conc glucose het hoogste is
• Epitheelcellen vd dunne darm:
o Functie: glucose transport van epitheelcel naar bloed
o Kan enkel als conc glucose hoger is in cel
• Niertubuli:
o Functie: glucose transport van epitheelcel naar bloed
o Kan enkel als conc glucose hoger is in cel
▪ GLUT3
• Bevindt zich in snel prolifererende cellen
o Embryonale stamcellen
o Stamcellen ih beenmerg
o Cellen in crypten van darmmucosa
• Bevindt zich in neuronen vh centrale zenuwstelsel
• Functie: basale glucose transport
▪ GLUT4
• Bevindt zich in skeletspier, hartspier en vetweefsel
• Hormoon insuline bepaalt of GLUT4 actief is of niet
• GLUT 4 is altijd aanwezig ih lichaam MAAR plaats hangt af van het moment vd dag
o Tussen de maaltijden: GLUT4 intracellulair aanwezig in endosomen of
andere vesikels
o Tijdens maaltijd: insuline komt ih bloed (aangemaakt door beta-cellen vd
pancreas) → GLUT4 wordt verplaatst naar de plasmamembraan vd cel
waar die glucose binnen kan laten
o Glucosetransporters via Actief transport
▪ Cellen vd niertubuli en dunne darm kunnen glucose van binnen nr buiten de cel
transporteren → HOE? :
▪ Cellen zijn polair: bevatten basale pool gericht naar het bloed + apicale pool naar het lumen
▪ Cellen bevatten Na-glucose Co-transporter op apicale pool
• In de darm wordt deze transporter gecodeerd door het SGLT1 gen
• In de nier wordt deze transporter gecodeerd door het SGLT2 gen
Functie: glucose naar binnen de cel pompen (tegen concentratiegradiënt in, actief)
• Energie voor nodig → bij elke glucose, telkens 1 Na gepompt naar binnen gepompt
met de concentratiegradient mee (Na con is hoog buiten en laag binnen)
▪ Cellen bevatten Na/K ATP- ase pomp
• Functie: Na conc constant te houden
• Stuurt 1 Na van binnen naar buiten waarbij ATP wordt aangemaakt
▪ GLUT2 bevindt zich op basale pool
• Door hoge conc aan glucose binnen de cel zal er glucose passief naar bloed
getransporteerd worden
H1: Biomoleculen
Suikers = koolhydraten
- Bouwstenen: monosachariden (glucose, fructose, galactose)
- Stereochemie: 2 manieren om monosachariden 3D weer te geven in 2D
o Ficherprojectie = suikerstructuur in het vlak vh blad te drukken
▪ Horizontale lijnen: naar voor
▪ Verticale lijnen: naar achter
▪ Chirale centrum: C
▪ Functionele groep: OH groep (L isomeren: links & D isomeren: rechts) CH2OH
o Haworth projectie = ringstructuur maken van lineair molecule (dmv intermoleculaire bindingen) OH O
▪ Alfa anomeren: OH naar beneden H C OH
▪ Beta anomeren: OH naar boven H C OH HO
OH
OH
alfa-anomeer
- Bindingen tss 2 suikers: glycosidebindingen HO C H
CH2OH
o Disachariden H C OH
O
OH
CH2OH
O HOCH2
▪ Sucrose → cariës + obesitas (binding tss alfa 1 glucose en alfa 2 fructose) H C O OH
C
▪ Lactose → moedermelk + koemelk
Sucrose O HO
glucose fructose OH HO
CH2OH HO
alfa-1 ® 2 O
HO CH2OH OH
OH
CH2OH
HO
CH2OH
▪ Maltose → tussenproduct bij spijsvertering v zetmeel & bierproductie D-glucose bèta-anomeer HO
Lactose
galactose glucose
HO
OH
O o Oligosachariden
OH
O OH
O
bèta-1 ® 4
OH OH
▪ Belangrijk voor structuur van membranen (polair)
CH2OH
O
CH2OH ▪
O OH
Eiwitketen (polypeptide) covalent verbonden met suikers = glycoproteïnen
•
Maltose
glucose glucose
alfa-1 ® 4
OH
O
OH
Serine residu (O gebonden)
•
HO
OH OH
Asparagine residu (N gebonden)
▪ Veel verschillende soorten door verschillende soorten bindingen & suiker bouwstenen
o Polysachariden
▪ Belagrijk voor structuur
• Cellulose: in planten
• Chitine: in exoskelet van insecten en schaaldieren
▪ Glucosaminoglycanen = negatief geladen repetitieve dissachariden
• Hyaluronzur: in glasachtig lichaam vh oog
• Heparine: bloedcirculatie, voorkomt bloedstolling
▪ Belangrijk voor E opslag
• Zetmeel: van platen (onvertakt = amylose – vertakt = amylopectine)
• Glycogeen: van skeletspieren en lever
• Dextranen: van bacteren in mondholte
- Niet gecodeerd in het genoom: enkel code voor enzymen die de suikers aanmaken
- Meest aanwezige biomoleculen op Aarde
- Belang: voeding, metabolisme, biomedische toepassingen
- Functies: energiebron in voeding + structuur gevende moleculen
O
HO CH2 CH2 CH2 CH2 CH2 CH2 CH2 CH2 C O CH2
Lipiden = vetten HC CH CH CH CH CH CH CH 2 2 2 2 2 2
3 2
- Bouwstenen: vetzuren + alcoholdrager (glycerol of cholesterol) HO CH
O
•
CH CH CH CH CH CH CH C 2 2 2 2 2 2 2 O CH
Vetzuren = Koolwaterstofstaart + carboxylgroep HC CH CH CH CH CH CH CH 2 2 2 2 2 2
3 2
o Verzadigde vz: enkelvoudige bindingen → lineair HO CH
O
2
O CH2
o Onverzadigde vz: dubbele binding → knik glycerol
CH CH CH CH CH CH CH
CH CH CH CH CH CH
C 2 2 2 2 2 2 2
HC CH 3 2 2 2 2 2 2 2
- Voorbeelden:
• Triglyceriden: Triacylglycerol: 3 vetzuren + glycerol (3 esterbindigen tss OH glycerol + COOH vetzuren)
• Membraanlipiden (amfipatische moleculen)
o Glycerolipiden (4 soorten): fosfatidyl -choline, -ethanolamine, -serine, -inositol
▪ Glycerol verbonden met 2 vetzuren + 1 geladen fosfatidiyl(choline)groep
o Sfingolipiden: sfingomyeline:
▪ 1 vetzuur + 1 sfingoline + 1 geladen fosfatidylcholine groep
O O apolair polair
apolair polair
CH2 CH2 CH2 CH2 CH2 CH2 CH2 C O CH2 CH2 CH2 CH2 CH2 CH2 CH2 CH2 C
H3C CH2 CH2 CH2 CH2 CH2 CH2 CH2
O H3C CH2 CH2 CH2 CH2 CH2 CH2 CH2 NH
CH2 CH2 CH2 CH2 CH2 CH2 C O CH
twee koolwaterstofstaarten
CH2 fosfaat fosfaat
CH2 CH2 CH2 CH2 CH2 CH2 HC CH
H3C CH2 CH2 CH2 CH2 CH2 CH2 CH2 CH3 CH CH3
+ H3 C CH2 CH2 CH2 CH2 CH2 CH2 CH2 CH2 +
H2C P C C N CH3 P C C N CH3
twee vetzuuresters H2 H2 H2 H2
glycerol CH3 sfingosine CH3
choline choline
, o Cholesterol: 4 ringen
CH2
H 3C
CH3
H
C CH2
▪ a met OH
▪
CH
H
b met dubbele binding
3
HC
2 C
▪
CH
c
3
CH3
▪ d met koolwaterstofstaart
HO
▪ cholesterolester = verbinding tss OH cholesterol + vetzuur
→ vorming lipide druppels (apolair)
→ Vormen lipide dubbellagen/biomembranen (blang van compartimentalisatie)
o Vloeibaar mozaiek model:
▪ 1 = integrale membraaneiwitten (polaire kop + apolair deel)
▪ 2 = perifeer eiwitten (binden aan 1, treden op als signaal moleculen of receptoren)
▪ Verzadigde vz → stevige membraan – onverzadigde vz → niet stevig
- Bindingen tss vetzuur en alcoholdrager: ester en etherbindingen
- Niet gecodeerd in het genoom: enkel code voor enzymen die de lipiden aanmaken
- Belang: voeding, metabolisme, membranen, biomedische toepassingen
- Functies: energiebron in gezonde (olijven) en minder gezonde voeding (boter) + biologische membranen
- Extra:
• Alle vetten zijn hydrofoob
• hoe langer de keten hoe hoger de smelttemperatuur (bv dierlijke vetten (boter) → semi vast))
• aanwezigheid dubbele dingingen = lagere smelttemperatuur (bv plataardige vetten (olie) → vloeibaar)
Proteïnen = eiwitten
- Bouwstenen: Aminozuren
• Voorlopers van afgeleide moleculen (bv heam, neurotransmitters, polyaminen..)
• 20 verschillende soorten az
• Essentiele az = kunnen niet aangemaakt worden door het menselijk lichaam (je moet ze eten)
- Functies: structuur, signaaloverdracht, bescherming, metabolisme,…
- Bindingen tss 2 AZ: peptidebinding
• Aminoterminus → carboxyterminus
• Bv tripeptide gluthation (belangrijk bij redoxreacties)
o Glutamaat + glycine + cysteine
o Niet gekodeerd ih genoom
- Extra:
• 15% van lichaamsgewicht van mens = eiwitten (tekort aan eiwitten = kindersterfte)
• Belangrijkste component van cellen (na water) (behalve vetcellen)
• Belangrijkste voeding van macro-nutrienten
- Wel gecodeerd in het genoom: één gen → uniek eiwit (of groep varianten) → unieke functie(s))
Aminozuren
- Aminogroep, COOH-groep, H groep, R groep + chirale centrum (behalve 2 AZ: glycine en proline)
- D isomeren: aminogroep rechts – L isomeren: aminogroep links
- Polaire AZ
• Zijketenmodificaties: Ser & Thr
o Reversibele veranderingen van chemische structuur (gefosforyleerd – niet gefosforyleerd)
o Dmv proteïne kinasen die P van ATP toevoegen of wegnemen op OH groep
• Kunnen geladen of ongeladen (Asn & Gln) zijn
- Apolaire AZ
• Leu & Ile = structuur isomeren
• Phe = meest apolaire AZ
, Eiwitstructuur
- Primaire structuur
• Zorgt voor unieke eigenschappen van eiwitten + bevat info voor 3D structuur van eiwit
• Orthologe verwantschap: homologe sequenties van genen die coderen voor dezelfde eiwitten met
dezelfde functie bij verschillende soorten
o Bv runderinsuline: 2 polypeptideketen
o Bv Preproinsuline: 4 ketens (wordt geknipt om runderinsuline te vormen) → gelijkende
structuur bij mens en rund
• Paraloge verwantschap: homologe sequenties van genen die coderen voor verschillende eiwitten met
verschillende functie bij hetzelfde organisme binnen 1 soort
o Insuline, IGF1, IGF2 → bij muis, bij mens
o Enolase 1, 2, 3, 4 → bij mens
o Genduplicatie => toonde paraloge verwantschap aan
Nucleïnezuren
- Bouwstenen: basen (2 purines + 3 pyrimidines)
- Nucleoside: base + suiker (ribose of deoxyribose)
- Nucleotide: base + suiker + fosfaatgroep op C5
- Nucleïnezuren: strengen van nucleotiden via fosfodiesterbindingen (DNA, RNA)
• DNA:
o Dubbelstrengig → A - T (2 H-bruggen) → G – C (3 H-bruggen)
o Kleine en grote groeve
• RNA:
- Enzymen
• Katalysatoren vh metabolisme
• Bv hydrolase (peptidase):
o Afbraak van dipeptiden naar 2 afzonderlijke AZ (afbraak peptidebinding)
o H2O nodig
• BV suikertransferasen
o Synthese van glycoproteïnen aan de oppervlakte van rode bloedcellen
• Polymorfisme: voorkomen van meerdere vormen (allelen) van 1 gen binnen 1 soort → variatie
o ABO-gen codeert voor ABO bloedgroep-antigenen (3 allelen → 4 genotypen → 4 soorten
antigenen)
o Bèta-globine: door puntmutatie in gen dat codeert voor betaglobine → sikkelcelziekte
,H2: Het metabolisme
WAT?: Verzameling van chemische reacties in een levend organismen om het organisme gezond te houden
- Groei, voortplanting, …
- Evolueert ifv de tijd
HOE?: metabole reacties
WAAR?: in alle cellen van het organisme gebeuren er veel metabole reacties tegelijkertijd (elke cel → eigen metabolisme)
ZIEKTE?: puntmutaties => metabole ziektes
- Kankermetabolisme: metabolisme gaat ipv gezonde cellen, kankercellen doen groeien
2 soorten metabolisme
- Cel metabolisme = elke cel heeft eigen metabolisme
- Lichaam metabolisme = samenwerking tss organen/weefsels → geregeld dmv hormonen
• Heel veel genen coderen voor eiwitten met metabole functie
• Bv samenwerking lever en skeletspieren (afvalstoffen recycleren)
Belangrijke principes !!!
- Metabole weg = logische volgorde van metabole reacties waarbij (STATISCH)
• Metabolieten worden aangemaakt (tussenproducten) die chemisch veranderen
• Enzymen de reacties katalyseren
• Reactiemechanismen
- Metabole flux = het aantal metabolieten die op één punt passeren per tijdseenheid (DYNAMISCH)
- Katabolisme: complexe moleculen (eiwitten, vetten, polysachariden) gebruiken om ATP te genereren
• 1) Productie van bouwstenen (vetzuren, AZ, glucose)
• 2) verbranden van bouwstenen → productie Aceltyl CoA
• 3) verbranding Acetyl CoA id krebcyclus → CO2 + e- productie
• 5) e- gebruikt bij oxidatieve fosforylatie → vorming ATP
- Anabolisme: complexe moleculen vormen mbv ATP
• Omgekeerde reactie
→ In realiteit is het niet mogelijk om strikt anabool of katabool te hebben
- Verbranding/oxidatie van: (vetten leveren meer E dan glucose)
• Glucose → 30 ATP
• Vetten (palmitaat) → 106 ATP
Doel vh metabolisme !!!
- ATP-productie (energie) → door katabole → nodig voor anabole
- Componenten met een reducerende vermogens produceren (NADPH…) → door katabole → nodig voor anabole
- Bouwstenen produceren om complexe moleculen te bouwen → door anabole → voor katabole
Adenine-ribo-nucleotide (alle volgende moleculen bevatten deze chemisch groep) !!!
- ATP: ontstaat op 2 manieren (= drager van E)
• Oxidatieve fosforylering = koppeling van ADP met anorganisch fosfaat P
o In binnenste membraan vd mitochondriën
o 90% vd cellen doet dit
• Fosforylering op substraatniveau = transfer van energierijk fosfaat van een metaboliet naar ADP
o Overal in de cel
o 10% vd cellen (hebben geen mitochondriën)
→ Enorm belangrijk voor groei, herstel, beweging, voortplanting, actief transport (energie)
- NADH & FADH2 (= dragers van e-)
• NAD+ : 3 dubbele bindingen
o Door 2 e- toe te voegen vorm je NADH met 2 dubbele bindingen (stabieler)
• FAD: veel dubbele bindingen
o Door 2 e- toe te voegen vorm je FADH2 met minder dubbele bindingen (stabieler)
→ Geven e- af om ATP te produceren
- NADPH (= drager van e-)
• Geeft zijn e- niet aan de complexen van de ademhalingsketen
• Geeft e- aan enzymen die betrokken zijn bij deductieve biosynthese (aanmaak vetzuren en cholesterol)
- Acetyl CoA: (= drager van acyl-groep)
• CO2 + ATP vormen door verbranding acetylCoA
• Vetzuren + cholesterol vormen
- Uridine ribonucleotiden (=drager van geactiveerde suikers)
• UTP + glucose → uridine difosfoglucose (geactiveerde bouwsteen voor aanmaak glycogeen)
• UTP + galactose → uridine difosfogalactose (voor aanmaak bloedgroep B antigeen)
,Regeling vh metabolisme !!!
- Regeling door Flux-bepalende enzymen
• enzym 1 bepaalt de flux vh metabole pad (eerste omzetting) !!
• enzym 1 katalyseert een onomkeerbare reactie (eerste omzetting)
• oftewel wordt het AANTAL enzymen of de ACTIVITEIT vd enzymen aangepast indien nodig (of beide)
- Regeling door Hormonen
• Peptidehormonen (insuline, glucagon) & Neurotransmitters (noradrenaline) (SNELLE WERKING)
o Binden aan membraanreceptoren → signaaltransductie → verandering vd chemische
structuur vd enzymen (fosforylering, allosterie) → verandering vd flux in een cel →
metabolisme regelen
• Steroïd hormonen (cortisol, oestrogeen, progesteron) (TRAGE WERKING)
o Binden aan nucleaire receptor in de kern vd cel → verhoogde genexpressie → nieuwe
enzymen geproduceerd → verandering vc chemische structuur vd enzymen (fosforylatie,
allosterie) → verandering vd flux → metabolisme regelen
- Regeling door allosterie/fosforylering (snel)
• Veranderen vd chemische structuur van enzymen (van inactief → actief en omgekeerd)
- Regeling door translocatie (snel)
• Enzymen op de juiste plaats in de cel brengen (ze zitten op een verkeerde plaats → inactief)
• Bv glucokinase: zit normaal in de kern maar moet naar het cytoplasma om glycolyse te regelen
- Regeling door genexpressie (traag)
• Veel mRNA → meer genexpressie → meer enzymen → meer activiteit → meer flux
- Regeling door metabolieten (ATP, ADP, AMP)
• Verhouding in aantallen = energy charge van de cel (ideaal = 0,9)
• Remt katabole wegen, stimuleert de anabole wegen
• Formule kennen
- Feedback inhibitie
• Laatste enzym kan feedback geven aan enzym 1 (die de flux regelt) om meer of minder metabolieten te
produceren (door allosterie, fosforylatie, genexpressie te regelen)
→ meer enzymen → meer activiteit → meer flux → metabolisme sneller gereguleerd
100
katabole wegen
metabole flux (%max)
energy [ATP]+1/2[ADP]
50
charge = [ATP]+[ADP]+[AMP]
anabole wegen
0
0,0 0,5 1,0
normale waarde
energy charge in levende cel
Het probleem van ongewenste reacties en diffusie afstanden
- In cel liggen enzymen ver van elkaar → hoe vinden de metabolieten de juiste enzymen om de metabole paden te
vervolledigen? → Enzymen bij elkaar brengen → kortere diffusie afstanden + geen ongewenste reacties
- HOE?
• Niet met elkaar verbonden enzymen bij elkaar brengen (letterlijk)
• Multifunctioneel enzym
o Één 3D structuur met verschillende actieve sites
o Belangrijk voor anabole paden
o Bv vetzuur synthase
• Metabolon
o De verschillende aangemaakte enzymen die elk één verschillende metabole reactie
katalyseren in één metabool pad komen samen en vormen een quaternaire structuur
o Niet covalent verbonden!
o Belangrijk voor anabole en katabole paden niet met elkaar verbonden enzymen
o Bv: PDH-complex, purinosoom 1 2 3 4 5 6
A B C D E F G
diffusie-afstanden
multifunctioneel enzym metabolon
2
N
2 3 4 5 6 4 3
6
C 5
vaak anabool anabool/katabool
stoichiometrie actieve stoichiometrie verzekerd door
sites verzekerd geregelde genexpressie
vb vetzuursynthase vb PDH-complex, purinosoom
, H3: Cellulaire opname en afbraak van glucose in de Glycolyse (in cytoplasma)
Hoe geraakt glucose in de cel?
Glucose = polair ↔ Plasmamembraan = apolair
- Glucosetransporters = transmembraniare eiwitten die glucose in de cel doorlaten (2 soorten)
o Faciliterende glucosetransporters GLUTs => via passieve diffusie: glucose van hoge naar lage con.
▪ GLUT1
• Bevindt zich in vele weefsels
• Functie: transport glucose van bloed meeste lichaamscellen (die glucose verbruiken)
▪ GLUT2
• Bevindt zich in gespecialiseerde cellen (lever, dunne darm, niertubuli)
• Lever:
o Functie: glucose transport van bloed naar levercellen en omgekeerd
o Ifv waar de conc glucose het hoogste is
• Epitheelcellen vd dunne darm:
o Functie: glucose transport van epitheelcel naar bloed
o Kan enkel als conc glucose hoger is in cel
• Niertubuli:
o Functie: glucose transport van epitheelcel naar bloed
o Kan enkel als conc glucose hoger is in cel
▪ GLUT3
• Bevindt zich in snel prolifererende cellen
o Embryonale stamcellen
o Stamcellen ih beenmerg
o Cellen in crypten van darmmucosa
• Bevindt zich in neuronen vh centrale zenuwstelsel
• Functie: basale glucose transport
▪ GLUT4
• Bevindt zich in skeletspier, hartspier en vetweefsel
• Hormoon insuline bepaalt of GLUT4 actief is of niet
• GLUT 4 is altijd aanwezig ih lichaam MAAR plaats hangt af van het moment vd dag
o Tussen de maaltijden: GLUT4 intracellulair aanwezig in endosomen of
andere vesikels
o Tijdens maaltijd: insuline komt ih bloed (aangemaakt door beta-cellen vd
pancreas) → GLUT4 wordt verplaatst naar de plasmamembraan vd cel
waar die glucose binnen kan laten
o Glucosetransporters via Actief transport
▪ Cellen vd niertubuli en dunne darm kunnen glucose van binnen nr buiten de cel
transporteren → HOE? :
▪ Cellen zijn polair: bevatten basale pool gericht naar het bloed + apicale pool naar het lumen
▪ Cellen bevatten Na-glucose Co-transporter op apicale pool
• In de darm wordt deze transporter gecodeerd door het SGLT1 gen
• In de nier wordt deze transporter gecodeerd door het SGLT2 gen
Functie: glucose naar binnen de cel pompen (tegen concentratiegradiënt in, actief)
• Energie voor nodig → bij elke glucose, telkens 1 Na gepompt naar binnen gepompt
met de concentratiegradient mee (Na con is hoog buiten en laag binnen)
▪ Cellen bevatten Na/K ATP- ase pomp
• Functie: Na conc constant te houden
• Stuurt 1 Na van binnen naar buiten waarbij ATP wordt aangemaakt
▪ GLUT2 bevindt zich op basale pool
• Door hoge conc aan glucose binnen de cel zal er glucose passief naar bloed
getransporteerd worden
