HUMANE BIOCHEMIE
Cursus + ppt
HOOFDSTUK 1: INLEIDING
HOOFDSTUK 2: STOWISSELING VAN DE CEL
2.1 Metabolisme: een inleiding
2.1.1 Biomoleculen als draaischijven van het metabolisme
Vier hoofdgroepen
§ Koolhydraten: energie leveren, membraan ontwikkeling
§ Lipiden: membraan ontwikkeling
§ Eiwitten: bouwstenen van membraan, hormonen, enzymen
§ Nucleïnezuren: genetische informatie, synthese nieuwe eiwitten
2.1.2 De energiebehoefte van een cel
§ Energie nodig om:
o Lichaamstemperatuur op peil houden
o Arbeid verrichten
o Te bewegen, ‘leven’
o (Metabolische processen)
§ Energie uit biomedische reacties:
o Exergoon (DG < 0)
® Vrijstelling van energie
o Endergoon (DG > 0)
® Onttrekken van energie van omgeving
Brandstof voor reacties = voedingsstoffen
2.1.3 Anabolisme en katabolisme
§ Katabolisme: afbraak van macromoleculen om er energie uit te halen
§ Anabolisme: energievragend proces waarbij bouwstenen aaneengeschakeld worden tot nieuwe
macromoleculen. Dit om versleten moleculen te vervangen, nieuwe moleculen bij te maken voor groei of
reserve.
1
,2.1.4 Metabole stowisselingsroutes
§ Stowisseling = metabolisme
§ Tussenproducten = metabolieten
§ Verschillende stofwisselingsroutes om chemische reacties in goede volgorde te laten verlopen
§ Elke stap geregeld door specifiek enzym (-ase)
§ Metaboliet kan zowel substraat zijn als product!
§ Metabole weg = aaneenschakeling van chelische reacties vertrekkende van molecule A en eindigend bij
molecule D
A = startmolecule = substraat
B = metaboliet
C = metaboliet
D = Product (einde)
Per stap
A = Substraaat
B = product van stap 1 (maar ook het substraat van stap 2)
C = product van stap 2 (substraat van stap 3)
D = bijhorende product van stap 3
2.1.5 De metabole kaart
§ = stratennetwerk met enkele kruispunten
o Straten = afzonderlijke metabole weg
o Kruispunten = intermediaire molecule
§ Metabole flux = hoeveelheid substraat die per tijdseenheid per cel
een metabole stap passeert
® Bepaald door enzymen:
o Hoe meer enzymen, hoe meer substraten omgezet kunnen
worden
o Enzymactiviteit kan gestimuleerd of geïnhibeerd worden
waardoor metabole flux stijgt of daalt
o Een enzym kan geblokkeerd worden zodat de metabole flux
stopt
§ Fluxbepalende enzymen = de flux in een bepaalde metabole weg
wordt bepaald door één of enkele regelbare enzymen op deze weg
§ Sommige straten hebben eenrichtingsverkeer
® chemische reacties kunnen dus reversibel of irreversibel zijn
o Reversibele enzymen = in de heenweg en in de terugweg (zowel in opbouw als afbraak)
o Irreversibele enzymen = werken maar in 1 richting
2
,2.1.6 Het metabolisme garandeert homeostase in verschillende situaties
Elk organisme ® basis verbruik nodig voor onderhoud van de levensfuncties = basaal metabolisme (BMR)
§ 60% v/d energie-uitgave van BMR gebeurt door lever, hersenen, nieren, hart
§ Extra energieverbruik bovenop BMR voor: werking spijsverteringstelsel en werking spierstelsel
§ Energiebehoefte van een organisme niet constant maar afhankelijk van:
o Weefseltype: hartspierweefsel meer ATP nodig dan botweefsel
o Fysiologische toestand: organisme in rust lagere energiebehoefte
o Leeftijd: kind heeft een hogere energiebehoefte dan volwassene
Snelheidsbeperkende stappen = elke metabole weg heeft één of meerdere irreversibele stappen
® Enzymen die deze reacties katalyseren zijn strikt gereguleerd zodat de flux aangepast is aande
behoefte van een individuele cel
2.2 Basisprincipes van de bio-energetica
Bij elke chemische reactie treedt er energieverandering op
§ Exergoon (katabole processen): er wordt energie vrijgesteld, sommige deelstappen kunnen endergoon zijn
® spontane reactie
§ Endergoon (anabole processen): de energie wordt aan de omgeving onttrokken ® niet spontane reactie
2.2.1 Energieverandering bij katabole processen
§ Gangbare manier waarop lichaam energie haalt uit voedingsstoffen = oxidatie van koolwaterstoffen
o C6H12O6 + 6 O2 ® 6 CO2 + 6 H2O + 2872kJ
§ Energie wordt in stapjes vrijgesteld
§ Energie wordt vrijgrsteld o.v.v. elektronendragers zoals NADH en FADH2
§ Deze laatste geven dan op hun beurt energie door voor de vorming van ATP
§ DUS: glucose wordt afgebroken en deze stelt zijn energie vrij onder de vorm van elektronendragers
Verbrandingsproces van koolwaterstoffen verschillen:
§ Verbrandingsoven: koolwaterstoffen worden in één stap geoxideerd in een kachel, grote activeringsenergie
§ Lichaamscel: Koolwaterstoffen stapsgewijs geoxideerd in cel, kleine activeringsenergie.
o Energie vrijgesteld in vorm van energierijke elektronendragers zoals NADH en FADH2
2.2.2 Energieverandering bij anabole processen
Koppelen van reacties = door voldoende exergone reacties te koppelen aan endergone reacties wordt het totale
proces exergoon en zal dus toch spontaan in het lichaam doorgaan
§ Opgeslagen energie moet gebruikt worden om energievragende stappen te laten doorgaan
§ = koppelen van reacties
3
, Voorbeeld: biochemische afbraak van glucose
Koppeling van glucose met een fosfaatgroep tot glucose-6-fosfaat ® licht endergoon
Glucose naar Glucose-6-Fosfaat = endergone reactie (want +13,8 KJ/mol)
® Sterk exergoon
ATP ® ADP: veel energie, geeft 30 KJ/mol
Glucose ® Glucose-6-Fosfaat, krijgt 13,8 KJ/mol
Beide reacties koppelen ® exergone reactie
-30 + 13,8 = -16 ® reactie kan wel doorgaan
2.3 Katabolisme en anabolisme: een overzicht
2.3.1 Katabolisme
§ Afbraak van voedingsstoffen begint bij vertering: specifieke enzymen breken grote macromoleculen af tot
kleiner bestanddelen via hydrolysereacties:
o Lipiden: afgebroken tot glycerol en vetzuren (door pancreaslipase)
o Polysacchariden: afgebroken tot monosacchariden (door speeksel- en pancreasamylase)
o Eiwitten: afgebroken tot aminozuren (door maagenzymen)
§ Eens in kleinere delen ® naar individuele cellen vervoerd om geoxideerd te worden
o Glucose: via glycolyse afgebroken tot pyruvaat en verder tot acetylCoA
o Vetzuren: via β-oxidatie omgezet tot acetylCoA
o Aminozuren: via diverse afbraakreacties omgezet tot acetylCoA
§ AcetylCoA = centraal intermediair, verder verwerkt in mitochondriën via Krebcyclus (citroencyclus).
o Levert veel elektronendragers op die elektronen overdragen op O2 in de elektronentransportketen.
o Stapsgewijze overdracht van elektronen, protonen worden in intermembrainaire ruimte van de
mitochondriën gepompt ® terugkeer van protonen naar de mitochondriale matrix zet ATP-synthase
pomp in werking
o Oxidatieve fosforylering (ademhalingsketen) = geheel van laatste processen ATP
4
Cursus + ppt
HOOFDSTUK 1: INLEIDING
HOOFDSTUK 2: STOWISSELING VAN DE CEL
2.1 Metabolisme: een inleiding
2.1.1 Biomoleculen als draaischijven van het metabolisme
Vier hoofdgroepen
§ Koolhydraten: energie leveren, membraan ontwikkeling
§ Lipiden: membraan ontwikkeling
§ Eiwitten: bouwstenen van membraan, hormonen, enzymen
§ Nucleïnezuren: genetische informatie, synthese nieuwe eiwitten
2.1.2 De energiebehoefte van een cel
§ Energie nodig om:
o Lichaamstemperatuur op peil houden
o Arbeid verrichten
o Te bewegen, ‘leven’
o (Metabolische processen)
§ Energie uit biomedische reacties:
o Exergoon (DG < 0)
® Vrijstelling van energie
o Endergoon (DG > 0)
® Onttrekken van energie van omgeving
Brandstof voor reacties = voedingsstoffen
2.1.3 Anabolisme en katabolisme
§ Katabolisme: afbraak van macromoleculen om er energie uit te halen
§ Anabolisme: energievragend proces waarbij bouwstenen aaneengeschakeld worden tot nieuwe
macromoleculen. Dit om versleten moleculen te vervangen, nieuwe moleculen bij te maken voor groei of
reserve.
1
,2.1.4 Metabole stowisselingsroutes
§ Stowisseling = metabolisme
§ Tussenproducten = metabolieten
§ Verschillende stofwisselingsroutes om chemische reacties in goede volgorde te laten verlopen
§ Elke stap geregeld door specifiek enzym (-ase)
§ Metaboliet kan zowel substraat zijn als product!
§ Metabole weg = aaneenschakeling van chelische reacties vertrekkende van molecule A en eindigend bij
molecule D
A = startmolecule = substraat
B = metaboliet
C = metaboliet
D = Product (einde)
Per stap
A = Substraaat
B = product van stap 1 (maar ook het substraat van stap 2)
C = product van stap 2 (substraat van stap 3)
D = bijhorende product van stap 3
2.1.5 De metabole kaart
§ = stratennetwerk met enkele kruispunten
o Straten = afzonderlijke metabole weg
o Kruispunten = intermediaire molecule
§ Metabole flux = hoeveelheid substraat die per tijdseenheid per cel
een metabole stap passeert
® Bepaald door enzymen:
o Hoe meer enzymen, hoe meer substraten omgezet kunnen
worden
o Enzymactiviteit kan gestimuleerd of geïnhibeerd worden
waardoor metabole flux stijgt of daalt
o Een enzym kan geblokkeerd worden zodat de metabole flux
stopt
§ Fluxbepalende enzymen = de flux in een bepaalde metabole weg
wordt bepaald door één of enkele regelbare enzymen op deze weg
§ Sommige straten hebben eenrichtingsverkeer
® chemische reacties kunnen dus reversibel of irreversibel zijn
o Reversibele enzymen = in de heenweg en in de terugweg (zowel in opbouw als afbraak)
o Irreversibele enzymen = werken maar in 1 richting
2
,2.1.6 Het metabolisme garandeert homeostase in verschillende situaties
Elk organisme ® basis verbruik nodig voor onderhoud van de levensfuncties = basaal metabolisme (BMR)
§ 60% v/d energie-uitgave van BMR gebeurt door lever, hersenen, nieren, hart
§ Extra energieverbruik bovenop BMR voor: werking spijsverteringstelsel en werking spierstelsel
§ Energiebehoefte van een organisme niet constant maar afhankelijk van:
o Weefseltype: hartspierweefsel meer ATP nodig dan botweefsel
o Fysiologische toestand: organisme in rust lagere energiebehoefte
o Leeftijd: kind heeft een hogere energiebehoefte dan volwassene
Snelheidsbeperkende stappen = elke metabole weg heeft één of meerdere irreversibele stappen
® Enzymen die deze reacties katalyseren zijn strikt gereguleerd zodat de flux aangepast is aande
behoefte van een individuele cel
2.2 Basisprincipes van de bio-energetica
Bij elke chemische reactie treedt er energieverandering op
§ Exergoon (katabole processen): er wordt energie vrijgesteld, sommige deelstappen kunnen endergoon zijn
® spontane reactie
§ Endergoon (anabole processen): de energie wordt aan de omgeving onttrokken ® niet spontane reactie
2.2.1 Energieverandering bij katabole processen
§ Gangbare manier waarop lichaam energie haalt uit voedingsstoffen = oxidatie van koolwaterstoffen
o C6H12O6 + 6 O2 ® 6 CO2 + 6 H2O + 2872kJ
§ Energie wordt in stapjes vrijgesteld
§ Energie wordt vrijgrsteld o.v.v. elektronendragers zoals NADH en FADH2
§ Deze laatste geven dan op hun beurt energie door voor de vorming van ATP
§ DUS: glucose wordt afgebroken en deze stelt zijn energie vrij onder de vorm van elektronendragers
Verbrandingsproces van koolwaterstoffen verschillen:
§ Verbrandingsoven: koolwaterstoffen worden in één stap geoxideerd in een kachel, grote activeringsenergie
§ Lichaamscel: Koolwaterstoffen stapsgewijs geoxideerd in cel, kleine activeringsenergie.
o Energie vrijgesteld in vorm van energierijke elektronendragers zoals NADH en FADH2
2.2.2 Energieverandering bij anabole processen
Koppelen van reacties = door voldoende exergone reacties te koppelen aan endergone reacties wordt het totale
proces exergoon en zal dus toch spontaan in het lichaam doorgaan
§ Opgeslagen energie moet gebruikt worden om energievragende stappen te laten doorgaan
§ = koppelen van reacties
3
, Voorbeeld: biochemische afbraak van glucose
Koppeling van glucose met een fosfaatgroep tot glucose-6-fosfaat ® licht endergoon
Glucose naar Glucose-6-Fosfaat = endergone reactie (want +13,8 KJ/mol)
® Sterk exergoon
ATP ® ADP: veel energie, geeft 30 KJ/mol
Glucose ® Glucose-6-Fosfaat, krijgt 13,8 KJ/mol
Beide reacties koppelen ® exergone reactie
-30 + 13,8 = -16 ® reactie kan wel doorgaan
2.3 Katabolisme en anabolisme: een overzicht
2.3.1 Katabolisme
§ Afbraak van voedingsstoffen begint bij vertering: specifieke enzymen breken grote macromoleculen af tot
kleiner bestanddelen via hydrolysereacties:
o Lipiden: afgebroken tot glycerol en vetzuren (door pancreaslipase)
o Polysacchariden: afgebroken tot monosacchariden (door speeksel- en pancreasamylase)
o Eiwitten: afgebroken tot aminozuren (door maagenzymen)
§ Eens in kleinere delen ® naar individuele cellen vervoerd om geoxideerd te worden
o Glucose: via glycolyse afgebroken tot pyruvaat en verder tot acetylCoA
o Vetzuren: via β-oxidatie omgezet tot acetylCoA
o Aminozuren: via diverse afbraakreacties omgezet tot acetylCoA
§ AcetylCoA = centraal intermediair, verder verwerkt in mitochondriën via Krebcyclus (citroencyclus).
o Levert veel elektronendragers op die elektronen overdragen op O2 in de elektronentransportketen.
o Stapsgewijze overdracht van elektronen, protonen worden in intermembrainaire ruimte van de
mitochondriën gepompt ® terugkeer van protonen naar de mitochondriale matrix zet ATP-synthase
pomp in werking
o Oxidatieve fosforylering (ademhalingsketen) = geheel van laatste processen ATP
4
