Hoofdstuk 3 Glycolyse Boek Metabolisme
3.3 Overzicht van de glycolyse
De glycolyse is een enzymatische reactieketen die zich in zijn geheel afspeelt in het cytoplasma van de
cel. D-glucose wordt gesplitst in twee moleculen pyruvaat waarbij geen zuurstof nodig is. Er komt
voldoende energie vrij om te besteden in de ATP synthese (fosforylering op substraatniveau). Lang
was dit de enige manier maar nu heb je fotosynthese en verschijning van dizuurstof in de atmosfeer
waardoor er zuurstof is. Hierdoor heb je nu de citroenzuurcyclus en oxidatieve fosforylering.
Dizuurstof wordt in deze processen gereduceerd tot water. De enzymatische reacties kunnen
onderverdeeld worden in 3 stadia namelijk:
1. van glucose naar fructose-1,6-bisfosfaat (investering van 2 ATP om metabolieten te activeren)
2. van fructose-1,6-bisfosfaat tot glyceraldehyde-3-fosfaat (6C wordt 2x 3C)
3. van glyceraldehyde-3-fosfaat naar pyruvaat (de energie-invetering wordt eerst teruggewonnen,
deze laatste stap leidt tot vorming van pyruvaat door transfer van energierijk fosfaat van de
metaboliet naar ADP)
3.3.1 Glucoseopname in de cel
De glycolyse en alle andere metabole wegen kunnen alleen plaatsvinden wanneer het substraat is
opgenomen in de cel, hier heb je transmembraaneiwitten nodig die zorgen dat ze door het
membraan heen kunnen. De eerste groep van paraloge eiwitten laten passieve diffusie toe
(nettoverhuizing van glucose van hoge concentratie naar lage concentratie), deze eiwitten worden
ook wel faciliterende glucosetransporters genoemd.
GLUT 1 komt voor in alle weefsels die passief glucose transporteert en als functie heeft om de basale
flux van glucosetransport te handhaven. GLUT 3 is actief in neuronen in de hersenen, maar ook in
profilerende cellen en heeft dezelfde kenmerken als GLUT 1.
GLUT 2 is van belang voor gespecialiseerde cellen van het organisme. De lever heeft als belangrijke
taak om de glykemie (homeostase van glucose in bloed) te reguleren, GLUT 2 heeft hier een aandeel
in door glucose te laten diffunderen vanuit de lever naar de poortader en andersom. Er is wel een
enzym voor nodig (glucose-6-fosfatase) die dit mede mogelijk maakt. In de epithiale cellen van de
darmumucosa en de niertubili is er een andere situatie waarbij er een hoge intrracellulaire
glucoseconcentratie is en tegen de concentratiegradient wordt er glucose gepompt door middel van
natriumkaliumpompen. GLUT 2 laat passief glucose vanuit de cel naar de bloedbaan, hierdoor wordt
glucose efficiënt geabsorbeerd. Wanneer dit niet gebeurt komt er glucose in de urine (glucosurie) wat
je vaak ziet bij diabetespatienten. Pancreatische betacellen geven insuline af wanneer de
bloedglucose te hoog is.
GLUT 4 komt specifiek tot expressie in de skeletspieren en in het vetweefsel. Beide hebben ze een
sterk insuline-regelbaarheid van glucoseopname. Wanneer je niet eet en de insulineconcentratie is
laag zijn alle GLUT 4 verstopt in de binnenste van de cel. Pas als je eet en de bloedinsulinespiegel
begint te stijgen komt GLUT 4 aan de oppervlakte waardoor glucoseopname door spier- en vetcellen
plaatsvinden.
3.3.2 Het chemisch mechanisme van de glycolyse
Als glucose eenmaal in de cel is kan glycolyse beginnen. Dit gebeurt in 10 enzymatische stappen:
1. Glucosefosforylering
De meest relevante stap is de fosforylering van glucose tot glucose-6-fosfaat. Het wegnemen van
substraat verlaagt de glucoseconcentratie en de geladen glucose-6-fosfaat kan niet door de GLUT
kanalen naar buiten diffunderen. Enzymen die de omzetting mogelijk maken zijn kinasen, in het
bijzonder hexokinase die 1 ATP verbruikt. De reactie is onomkeerbaar.
, De hexokinase heeft twee groepen HK en GCK. Verschil is dat HK in alle cellen aanwezig is, GCK alleen
in de lver, betacellen en glucosemetende cellen. HK heeft een hogere affiniteit voor glucose en wordt
geremd door glucose-6-fosfaat terwijl GCK wordt gered door regulatorisch eiwit.
2.Isomerisatie van glucose-6-fosfaat naar fructose-6-fosfaat
Het komt neer op een omzetting van een aldose naareen ketose die gekatalyseerd wordt door het
enzym glucosefosfaatisomerase. De delta G is klein dus de reactie is omkeerbaar (nodig voor
glycolyse).
3. Fosforylering van fructose-6-fosfaat naar fructose-1,6-bifosfaat
Het kinase, fosfofructokinase-1, zet fructose-6-fosfaat om in fructose-1,6-bifosfaat. Er wordt een ATP
molecuul verbruikt en er wordt een grote val in vrije energie (delta G) veroorzaakt waardoor de
reactie onomkeerbaar is. Daarnaast wordt de reactie geregeld door allosterie.
4. Vorming van triosefosfaten
De frucotse-1,6-bifosfaat wordt geplitst in twee tiosefosfaten namelijk glyceraldehyde-3-fosfaat
(aldose) en dihydroxyacetonfosfaat (ketose). Het enzym aldolase veroorzaakt deze splitsing.
5. Isomerisatie van dihydroxyacetonfosfaat naar glyceraldehyde-3-fosfaat
Dihydroxyacetonfosfaat bevindt zich op een zijspoor van de glycolyse en wordt daarom door
triosefosfaatiomerase omgezet in glyceraldehyde-3-fosfaat. De cel houdt bij een actieve glycolyse de
concentratie glyceraldehydee-3-fosfaat laag zodat triosefosfaatisomerase continu nieuw
glyceradehyde-3-fosfaat bijmaakt.
6. Gecombineerde oxidatie en fosforylering van glyceraldehyde-3-fosfaat
Dit is de enige oxidatiestap waarbij het aldehyde van glyceraldehyde-3-fosfaat geoxideerd wordt tot
een carboxylgroep waarbij tegelijkertijd een vrij fosfaat gebonden wordt aan de carboxylgroep
waardoor 1,3-bifosfoglyceraat ontstaat. Het enzym dat verantwoordelijk is is glyceraldehyde-3-
fosfaatdehydrogenase. De reactie is omkeerbaar.
7. Eerste fosforylering op substraatniveau met vorming van ATP en 3-fosfoglyceraat
In deze stap vindt fosforylering op substraatniveau plaats waarbij 1,3-bifosfoglyceraat wordt omgezet
in 3-fosfoglyceraat. De energierijke fosfaatgroep wordt overgedragen op ADP waardoor ATP ontstaat
en 3-fosfoglyceraat. Het enzym dat deze reactie katalyseert heet fosfoglyceraatkinase. Dit enzym
speelt niet alleen een rol in de glycolyse maar is ook een hulpeiwit van DNA-polymerase.
8. Herschikking van fosfaat van 3-fosoglyceraat naar 2-fosfoglyceraat
3-fosfoglyceraat wordt door fosfoglyceraatmutase omgezet tot 2-fosfoglyceraat. De fosfaatester is
verplaatst naar het midden.
9. Onttrekken van water aan 2-fosfoglyceraat; met vorming van een energierijke enolverbinding
Een watermolecuul wordt aan het 2-fosfoglyceraat onttrokken zodat fosfo-enolpyruvaat ontstaat. De
reactei wordt gekatalyseerd door het enzym enolase. Het opmerlijke is dat het ontrekken van het
watermolecuul de potentiële energie van de fosfaatgroep laat stijgen.
10. Tweede fosforylering op substraatniveau met vorming van ATP en pyruvaat
Door de hoge energiewaarde van de fosfaatester ontstaat de tweede mogelijkheid voor fosforylering
op substraatniveau. Er wordt weer een ATP molecuul geproduceerd en wordt gekatalseerd door het
enzym pyruvaatkinase. Door de laatste reactie wordt er nettowinst geboekt in de vorm van twee
moleculen ATP per molecuul glucose.
3.3 Overzicht van de glycolyse
De glycolyse is een enzymatische reactieketen die zich in zijn geheel afspeelt in het cytoplasma van de
cel. D-glucose wordt gesplitst in twee moleculen pyruvaat waarbij geen zuurstof nodig is. Er komt
voldoende energie vrij om te besteden in de ATP synthese (fosforylering op substraatniveau). Lang
was dit de enige manier maar nu heb je fotosynthese en verschijning van dizuurstof in de atmosfeer
waardoor er zuurstof is. Hierdoor heb je nu de citroenzuurcyclus en oxidatieve fosforylering.
Dizuurstof wordt in deze processen gereduceerd tot water. De enzymatische reacties kunnen
onderverdeeld worden in 3 stadia namelijk:
1. van glucose naar fructose-1,6-bisfosfaat (investering van 2 ATP om metabolieten te activeren)
2. van fructose-1,6-bisfosfaat tot glyceraldehyde-3-fosfaat (6C wordt 2x 3C)
3. van glyceraldehyde-3-fosfaat naar pyruvaat (de energie-invetering wordt eerst teruggewonnen,
deze laatste stap leidt tot vorming van pyruvaat door transfer van energierijk fosfaat van de
metaboliet naar ADP)
3.3.1 Glucoseopname in de cel
De glycolyse en alle andere metabole wegen kunnen alleen plaatsvinden wanneer het substraat is
opgenomen in de cel, hier heb je transmembraaneiwitten nodig die zorgen dat ze door het
membraan heen kunnen. De eerste groep van paraloge eiwitten laten passieve diffusie toe
(nettoverhuizing van glucose van hoge concentratie naar lage concentratie), deze eiwitten worden
ook wel faciliterende glucosetransporters genoemd.
GLUT 1 komt voor in alle weefsels die passief glucose transporteert en als functie heeft om de basale
flux van glucosetransport te handhaven. GLUT 3 is actief in neuronen in de hersenen, maar ook in
profilerende cellen en heeft dezelfde kenmerken als GLUT 1.
GLUT 2 is van belang voor gespecialiseerde cellen van het organisme. De lever heeft als belangrijke
taak om de glykemie (homeostase van glucose in bloed) te reguleren, GLUT 2 heeft hier een aandeel
in door glucose te laten diffunderen vanuit de lever naar de poortader en andersom. Er is wel een
enzym voor nodig (glucose-6-fosfatase) die dit mede mogelijk maakt. In de epithiale cellen van de
darmumucosa en de niertubili is er een andere situatie waarbij er een hoge intrracellulaire
glucoseconcentratie is en tegen de concentratiegradient wordt er glucose gepompt door middel van
natriumkaliumpompen. GLUT 2 laat passief glucose vanuit de cel naar de bloedbaan, hierdoor wordt
glucose efficiënt geabsorbeerd. Wanneer dit niet gebeurt komt er glucose in de urine (glucosurie) wat
je vaak ziet bij diabetespatienten. Pancreatische betacellen geven insuline af wanneer de
bloedglucose te hoog is.
GLUT 4 komt specifiek tot expressie in de skeletspieren en in het vetweefsel. Beide hebben ze een
sterk insuline-regelbaarheid van glucoseopname. Wanneer je niet eet en de insulineconcentratie is
laag zijn alle GLUT 4 verstopt in de binnenste van de cel. Pas als je eet en de bloedinsulinespiegel
begint te stijgen komt GLUT 4 aan de oppervlakte waardoor glucoseopname door spier- en vetcellen
plaatsvinden.
3.3.2 Het chemisch mechanisme van de glycolyse
Als glucose eenmaal in de cel is kan glycolyse beginnen. Dit gebeurt in 10 enzymatische stappen:
1. Glucosefosforylering
De meest relevante stap is de fosforylering van glucose tot glucose-6-fosfaat. Het wegnemen van
substraat verlaagt de glucoseconcentratie en de geladen glucose-6-fosfaat kan niet door de GLUT
kanalen naar buiten diffunderen. Enzymen die de omzetting mogelijk maken zijn kinasen, in het
bijzonder hexokinase die 1 ATP verbruikt. De reactie is onomkeerbaar.
, De hexokinase heeft twee groepen HK en GCK. Verschil is dat HK in alle cellen aanwezig is, GCK alleen
in de lver, betacellen en glucosemetende cellen. HK heeft een hogere affiniteit voor glucose en wordt
geremd door glucose-6-fosfaat terwijl GCK wordt gered door regulatorisch eiwit.
2.Isomerisatie van glucose-6-fosfaat naar fructose-6-fosfaat
Het komt neer op een omzetting van een aldose naareen ketose die gekatalyseerd wordt door het
enzym glucosefosfaatisomerase. De delta G is klein dus de reactie is omkeerbaar (nodig voor
glycolyse).
3. Fosforylering van fructose-6-fosfaat naar fructose-1,6-bifosfaat
Het kinase, fosfofructokinase-1, zet fructose-6-fosfaat om in fructose-1,6-bifosfaat. Er wordt een ATP
molecuul verbruikt en er wordt een grote val in vrije energie (delta G) veroorzaakt waardoor de
reactie onomkeerbaar is. Daarnaast wordt de reactie geregeld door allosterie.
4. Vorming van triosefosfaten
De frucotse-1,6-bifosfaat wordt geplitst in twee tiosefosfaten namelijk glyceraldehyde-3-fosfaat
(aldose) en dihydroxyacetonfosfaat (ketose). Het enzym aldolase veroorzaakt deze splitsing.
5. Isomerisatie van dihydroxyacetonfosfaat naar glyceraldehyde-3-fosfaat
Dihydroxyacetonfosfaat bevindt zich op een zijspoor van de glycolyse en wordt daarom door
triosefosfaatiomerase omgezet in glyceraldehyde-3-fosfaat. De cel houdt bij een actieve glycolyse de
concentratie glyceraldehydee-3-fosfaat laag zodat triosefosfaatisomerase continu nieuw
glyceradehyde-3-fosfaat bijmaakt.
6. Gecombineerde oxidatie en fosforylering van glyceraldehyde-3-fosfaat
Dit is de enige oxidatiestap waarbij het aldehyde van glyceraldehyde-3-fosfaat geoxideerd wordt tot
een carboxylgroep waarbij tegelijkertijd een vrij fosfaat gebonden wordt aan de carboxylgroep
waardoor 1,3-bifosfoglyceraat ontstaat. Het enzym dat verantwoordelijk is is glyceraldehyde-3-
fosfaatdehydrogenase. De reactie is omkeerbaar.
7. Eerste fosforylering op substraatniveau met vorming van ATP en 3-fosfoglyceraat
In deze stap vindt fosforylering op substraatniveau plaats waarbij 1,3-bifosfoglyceraat wordt omgezet
in 3-fosfoglyceraat. De energierijke fosfaatgroep wordt overgedragen op ADP waardoor ATP ontstaat
en 3-fosfoglyceraat. Het enzym dat deze reactie katalyseert heet fosfoglyceraatkinase. Dit enzym
speelt niet alleen een rol in de glycolyse maar is ook een hulpeiwit van DNA-polymerase.
8. Herschikking van fosfaat van 3-fosoglyceraat naar 2-fosfoglyceraat
3-fosfoglyceraat wordt door fosfoglyceraatmutase omgezet tot 2-fosfoglyceraat. De fosfaatester is
verplaatst naar het midden.
9. Onttrekken van water aan 2-fosfoglyceraat; met vorming van een energierijke enolverbinding
Een watermolecuul wordt aan het 2-fosfoglyceraat onttrokken zodat fosfo-enolpyruvaat ontstaat. De
reactei wordt gekatalyseerd door het enzym enolase. Het opmerlijke is dat het ontrekken van het
watermolecuul de potentiële energie van de fosfaatgroep laat stijgen.
10. Tweede fosforylering op substraatniveau met vorming van ATP en pyruvaat
Door de hoge energiewaarde van de fosfaatester ontstaat de tweede mogelijkheid voor fosforylering
op substraatniveau. Er wordt weer een ATP molecuul geproduceerd en wordt gekatalseerd door het
enzym pyruvaatkinase. Door de laatste reactie wordt er nettowinst geboekt in de vorm van twee
moleculen ATP per molecuul glucose.
