Samenvatting MGZ Q3 - Energie Huishouding

Mechanismen van Gezondheid en Ziekte | Joris van Doremalen


Energiehuishouding (MEH)
De energiehuishouding in het lichaam draait om de opbouw en afbraak van de grote biomoleculen:
koolhydraten, vetten en eiwitten. Hierbij wordt aandacht besteed aan de metabole routes en de
verstoring daarvan. Globaal gezien levert een oxidatie proces energie op, zoals bij de oxidatie van
NADH of FADH2 waarbij (hoogenergetisch) ATP ontstaat. Daarnaast worden de activiteit en ‘richting’
van het metabolisme gereguleerd door de energietoestand, zoals de verhouding AMP en ATP waarop
veel processen worden gereguleerd. Energiehuishouding is dus de integratie en regulatie van
opbouw en afbraak van biomoleculen. Evenwichtsreacties spelen hierbij altijd een rol, evenals de
enzymen die deze versnellen.

De basis van metabolisme
Afbraak en opbouw van biomoleculen wordt gecontroleerd door de concentratie van energierijke
verbindingen. De energie die vrijkomt bij de afbraak (hydrolyse) van energierijke verbindingen kun je
gebruiken om andere verbindingen te maken. De calorische waarde van vetten, koolhydraten en
eiwitten is globaal evenredig met hun opbrengst aan ATP.

Energie
Een gram vet bevat meer energie dan een gram glucose, omdat de koolstofatomen in vetten meer
gereduceerd zijn. Dit komt neer op het feit dat de koolstofatomen in vet meer elektronen heeft. Als
deze elektronen worden overgebracht van een atoom met lage naar een atoom met hoge elektro-
negativiteit, komt energie vrij. De elektroncarriers NAD+ en FAD spelen hier een belangrijke rol in.

Een belangrijk begrip is de elektro-negativiteit. Dit is hoe hard een atoom aan een elektron trekt. Het
atoom dat het hardste trekt, trekt het elektron dichter naar zich toe. Koolstofatomen hebben een
elektro-negativiteit van 2,5. De koolstofatomen in vet zijn grotendeels verbonden met
waterstofatomen, terwijl ze in glucose grotendeels verbonden is met zuurstofatomen. Zuurstof heeft
een elektro-negativiteit van 3,5 en trekt dus hard aan de elektronen die in de buurt van dit atoom
liggen. Waterstof heeft een elektro-negativiteit van 2,1 en trekt dus minder hard aan de elektronen
in de buurt.

De bouwsteen
Koolhydraten, vetzuren en sommige aminozuren leveren een gemeenschappelijke verbinding die in
de citroenzuurcyclus verwerkt kan worden. Deze binding is acetaat. Acetaat is een onderdeel van
acetyl-CoA en kan direct uit vetzuren of, via pyruvaat, uit koolhydraten en eiwitten gemaakt worden.

Zoals in de afbeelding te zien is, kunnen veel stoffen afgebroken worden tot acetyl-CoA. Andersom is
echter ook het geval. Acetyl-CoA dient als
bouwsteen voor vele moleculen. Denk hierbij
aan steroïdehormonen en prostaglandines.
Steroidhormonen worden gevormd uit
cholesterol, maar cholesterol zelf wordt
gevormd uit de bouwsteen acetyl-CoA door
een reeks van omzettingen. Prostaglandine
wordt gevormd uit arachidonzuur door het
(membraangebonden) enzym cyclo-
oxygenase (COX) en is betrokken bij
ontstekingsprocessen en pijn. Arachidonzuur
zelf is een vetzuur en wordt gevormd uit de
precursor acetyl-CoA.

149

, Mechanismen van Gezondheid en Ziekte | Joris van Doremalen


Metabole routes
De vorming van ATP uit brandstoffen gebeurt globaal
gezien in twee stadia: productie van NADH en FADH 2
(high-energy elektronen) en vorming van ATP (high-
energy fosfaatgroepen). NADH en FADH2 ontstaan
door de opname van energierijke elektronen
(reductie). ATP ontstaat door het vrijkomen van de
elektronen van NADH en FADH2 (oxidatie).

Om structuur aan te brengen in de metabole
processen, werken we van eind (ATP) naar begin (brandstof). De vorming van ATP vindt voornamelijk
plaats in de oxidatieve fosforylering (hier is zuurstof essentieel), waarbij NADH en FADH 2 geoxideerd
worden. NADH en FADH2 worden voornamelijk gevormd tijdens de citroenzuurcyclus door de afbraak
van acetyl-CoA. Acetyl-CoA kan gevormd worden uit de verschillende brandstoffen: koolhydraten
(glycolyse), vetten (bèta-oxidatie) en eiwitten (ureumcyclus).

Oxidatieve fosforylering (OXPHOS) Intermembraanruimte
In de glycolyse, citroenzuurcyclus en bèta-oxidatie
zijn de moleculen NADH en FADH2 ontstaan. Deze
moleculen staan hun energierijke elektronen af aan
de elektrontransportketen. De elektronen zorgen
voor actief transport van H+ over het binnen-
membraan (vanuit de matrix naar de
intermembraanruimte). Hierdoor ontstaat een Matrix
protongradiënt. NADH geeft zijn elektronen af aan
complex I met als gevolg dat er 10 H+ worden getransporteerd. FADH2 geeft zijn elektronen af aan
complex II en transporteert daardoor 6 H+ (slaat complex I over). Door passief transport van H+, via
het transmembraaneiwit ATP synthase, wordt ATP geproduceerd (NADH → 3 ATP) (FADH2 → 2 ATP).

Een (mitochondriële) ontkoppelaar lekt protonen over het membraan, waardoor ATP synthase
minder wordt gebruikt en er minder ATP wordt geproduceerd.

Citroenzuurcyclus (TCA)
De cyclus begint met de binding van Acetyl-
CoA (2C) met oxaloacetaat (4C) voor de
vorming van citraat (6C). Via twee stappen
wordt de isomeer isocitraat (6C) gevormd,
welke vervolgens in twee stappen splitst tot
succinyl-CoA (4C), waarbij tweemaal CO2 en
NADH afgesplitst (bij beide stappen dus). In
de vervolgstappen komt GTP, FADH2 en
NADH vrij en ontstaat uiteindelijk
oxaloacetaat (4C). Deze kan weer gebruikt
worden voor een volgende cyclus. Hierdoor
is het eindresultaat van de
citroenzuurcyclus: twee CO2, vier NADH
(één door omzetting van pyruvaat naar
acetyl-CoA), één GTP en één FADH2. De productie van CO2 gebeurt door het enzym decarboxylase, dit
enzym is in twee stappen actief (2x CO2 geproduceerd).

150