Casus 6; metabolisme
Leerdoelen
1) Wat gebeurt er met glucose in de darm, lever, erytrocyt, vetweefsel, spier en
hersenen.
2) Wat gebeurt er met vetten in de darm, lever, erytrocyt, vetweefsel, spier en hersenen.
3) Wat gebeurt er met aminozuren in de darm, lever, erytrocyt, vetweefsel, spier en
hersenen.
4) Alle stofwisselingsroutes combineren.
Uitwerken leerdoelen
1) Anabolisme en Katabolisme
Alle energie die het lichaam nodig heeft, moet hoe dan ook in de vorm van ATP geleverd
worden. Het lichaam heeft een kleine voorraad ATP paraat voor enkele seconden van
inspanning, maar daarna zullen er stoffen afgebroken moeten worden om energie vrij te
kunnen maken. Het metabolisme bestaat grof gezegd uit twee processen. Het opbouwen
van grote moleculen uit kleinere moleculen wordt anabolisme (assimilatie) genoemd en kost
ATP. Het afbreken van moleculen tot kleinere moleculen wordt katabolisme (dissimilatie)
genoemd en levert ATP op. Er is sprake van een positieve energiebalans wanneer de
energie-inname groter is dan het verbruik, andersom is er een negatieve energiebalans
(figuur 1).
2) Koolhydraten en stofwisseling
Koolhydraten algemeen
Geabsorbeerde koolhydraten bestaan uit glucose, galactose en fructose. De lever zet
fructose en galactose echter om in glucose en geeft vervolgens glucose af aan het bloed.
Een groot deel van de opgenomen glucose komt de verschillende cellen van het lichaam
binnen, waar het wordt gebruikt voor de productie van energie. Tijdens de absorptie
toestand is glucose de belangrijkste brandstof voor de meeste weefsel van het lichaam die
het gebruiken door glycolyse, de citroenzuurcyclus en andere routes. De rest van de
,geabsorbeerde glucose wordt gebruikt om energie op te slaan voor later gebruik tijdens de
post-absorberende (nuchtere) toestand. De weefsels die de meeste energie van het lichaam
opslaan, zijn de lever, vetweefsel en spieren. Glucose wordt door al deze weefsels
opgenomen in de absorberende toestand. Een ander deel van de bloedglucose komt in de
skeletspieren terecht waar het wordt omgezet in glycogeen voor opslag in de spier. Een
andere fractie komt het vetweefsel binnen, waar het wordt omgezet in vetzuren en
α-glycerolfosfaat, die worden gebruikt bij de synthese van triacylglycerol.
Metabolisme processen
Het metabolisme van koolhydraten is eigenlijk glucosemetabolisme omdat alle voedsel
koolhydraten uiteindelijk worden omgezet in glucose. Glucose komt de weefselcellen binnen
door middel van een versnelde diffusie. Direct na binnenkomtst van een cel wordt glucose
gefosforyleerd tot glucose-6-fosfaat door overdracht van een fosfaatgroep naar zijn 6e C
tijdens een gekoppelde reactie met ATP;
Glucose + ATP → glucose-6-PO4 + ADP
De meeste lichaamscellen missen de enzymen die nodig zijn om deze reactie om te keren,
dus het houdt effectief glucose in de cellen vast. Omdat glucose-6-fosfaat een ander
molecuul is dan enkelvoudige glucose, houdt de reactie ook de intracellulaire glucosespiegel
laag, waardoor een concentratiegradiënt voor glucoseinvoer behouden blijft.
C6H12O6 + 6 O2 → 6 H2O + 6 CO2+ 32 ATP + warmte
De oxidatie van glucose gaat zoals hierboven aangegeven en is verdeeld over 3
verschillende stappen;
- De glycolyse
- De citroenzuur cyclus
- De elektronentransportketen en oxidatieve fosforylering
Glycolyse
Dit vindt plaats in het cytosol van cellen en is een reeks van 10 chemische stappen waarbij
glucose omgezet wordt in 2x pyrodruivenzuur moleculen. Alle stappen zijn volledig
omkeerbaar, behalve de eerste, waarbij glucose dat de cel binnenkomt, wordt gefosforyleerd
tot glucose-6-fosfaat.
Glycolyse is een anaeroob proces (gebruikt geen zuurstof, ongeacht of er wel of geen
zuurstof aanwezig is). glycolyse is onder te verdelen in 3 belangrijke fases;
- Fase 1 suikeractivering → In fase 1 wordt glucose gefosforyleerd en omgezet in
fructose-6-fosfoaat, dat vervolgens weer wordt gefosforyleerd. Deze drie stappen
gebruiken 2 ATP en leveren fructose-1,6-bifosfaat op.
- Fase 2 suikersplitsing → Fructose-1,6-bifosfaat wordt gesplitst in twee 3C
fragmenten die bestaan als een van de twee isomeren: glyceraldehyde 3-fosfaat of
dihydroxyacetonfosfaat.
- Fase 3 suikeroxidatie en ATP vorming → De 3C fragmenten worden geoxideerd door
de verwijdering van H+, die NAD oppikt. Ook worden twee anorganische
fosfaatgroepen (Pi) aan elk geoxideerd fragment gehecht.
De eindproducten van glycolyse zijn twee moleculen pyrodruivenzuur en 2 NADH + H+. Er is
een netto opbrengst van 2 ATP per glucose molecuul. (er worden 4 geproduceerd maar fase
1 vereist 2 ATP, dus netto 2 ATP). De pyrodruivenzuurmoleculen hebben 4 H+ verloren die
, nu gebonden zijn aan NAD. Het lot van pyrodruivenzuur is afhankelijk van de
beschikbaarheid van zuurstof op het moment van productie.
Als zuurstof direct beschikbaar is, levert NADH + H+ zijn lading waterstofatomen aan de
enzymen van de elektronentransportketen in de mitochondriën, die ze aan O2 leveren en
water vormen. Wanneer O2 echter niet voldoende aanwezig is, laadt NADH+ H+ zijn H+
atomen terug op pyrodruivenzuur. Deze toevoeging van twee H+ aan pyrodruivenzuur levert
melkzuur op (figuur 2).
Citroenzuurcyclus
Dit vindt plaats in de mitochondriale matrix en wordt grotendeels gevoed door
pyrodruivenzuur dat wordt geproduceerd tijdens glycolyse en door vetzuren als gevolg van
afbraak van vet. Omdat pyrodruivenzuur een geladen molecuul is, moet het het
mitochondrion binnenkomen door actief transport met behulp van een transporteiwit.
Eenmaal in het mitochondrium is de eerste orde van zaken een overgangsfase die
pyrodruivenzuur omzet in acetyl-CoA. Dit gebeurt via een proces in drie stappen;
- Decarboxylering → Een C wordt van pyrodruivenzuur verwijderd en vrijgegeven als
CO2.
- Oxidatie → Het resterende 2C fragment wordt geoxideerd door H+ te verwijderen,
die worden opgepikt door NAD.
- Vorming van acetyl-CoA → Azijnzuur wordt gecombineerd met co-enzym A om
acetyl-CoA te vormen.
CoA brengt het 2C azijnzuur naar een enzym dat het condenseert met een 4C om 6C
citroenzuur te produceren. De cyclus heeft 8 verschillende stappen waarbij de atomen van
citroenzuur herschikt worden en verschillende tussenliggende moleculen produceren.
Omdat er 2 decarboxylaties en 4 oxidaties optreden, zijn de producten van de
citroenzuurcyclus 2 CO2-moleculen en vier reduceerde co-enzymen (3 NADH + H+ en 1
FADH2). Tijdens elke cycluswisseling wordt 1 ATP molecuul gevormd.
In totaal levert elk pyrodruivenzuur; 3 CO2, 5 gereduceerde co-enzymen op (1 FADH2 en 4
NADH + H+) en een ATP. De producten van glucose oxidatie in de citroenzuurcyclus zijn 2x
zo groot, aangezien 1 glucose 2 pyrodruivenzuur is.
Opbrengst in totaal is dus 6 CO2, 10 gereduceerde co-enzymen en 2 ATP (figuur 3).
Elektronentransportketen en oxidatieve fosforylering
Deze reacties vinden plaats in de mitochondriale cristae en vereisen zuurstof. In de
elektronentransportketen worden de H+ die worden verwijderd tijdens de oxidatie van
voedsel gecombineerd met O2 om H2O te vormen, en de energie die hierbij vrijkomt wordt
gebruikt om Pi-groepen aan ADP te hechten, om ATP te vormen.
De meeste componenten van de elektronentransportketen zijn eiwitten die zijn gebonden
aan metaalatomen. Deze eiwitten variëren in samenstelling en vormen
multiproteïnecomplexen die stevig zijn ingebed in het binnenste mitochondriale membraan.
De H+ die de gereduceerde co-enzymen aan de elektronentransportketen afgeven, worden
snel opgesplitst in protonen plus elektronen. De elektronen worden langs het binnenste
mitochondriale membraan van het ene complex naar het andere gebracht, waarbij ze bij elke
Leerdoelen
1) Wat gebeurt er met glucose in de darm, lever, erytrocyt, vetweefsel, spier en
hersenen.
2) Wat gebeurt er met vetten in de darm, lever, erytrocyt, vetweefsel, spier en hersenen.
3) Wat gebeurt er met aminozuren in de darm, lever, erytrocyt, vetweefsel, spier en
hersenen.
4) Alle stofwisselingsroutes combineren.
Uitwerken leerdoelen
1) Anabolisme en Katabolisme
Alle energie die het lichaam nodig heeft, moet hoe dan ook in de vorm van ATP geleverd
worden. Het lichaam heeft een kleine voorraad ATP paraat voor enkele seconden van
inspanning, maar daarna zullen er stoffen afgebroken moeten worden om energie vrij te
kunnen maken. Het metabolisme bestaat grof gezegd uit twee processen. Het opbouwen
van grote moleculen uit kleinere moleculen wordt anabolisme (assimilatie) genoemd en kost
ATP. Het afbreken van moleculen tot kleinere moleculen wordt katabolisme (dissimilatie)
genoemd en levert ATP op. Er is sprake van een positieve energiebalans wanneer de
energie-inname groter is dan het verbruik, andersom is er een negatieve energiebalans
(figuur 1).
2) Koolhydraten en stofwisseling
Koolhydraten algemeen
Geabsorbeerde koolhydraten bestaan uit glucose, galactose en fructose. De lever zet
fructose en galactose echter om in glucose en geeft vervolgens glucose af aan het bloed.
Een groot deel van de opgenomen glucose komt de verschillende cellen van het lichaam
binnen, waar het wordt gebruikt voor de productie van energie. Tijdens de absorptie
toestand is glucose de belangrijkste brandstof voor de meeste weefsel van het lichaam die
het gebruiken door glycolyse, de citroenzuurcyclus en andere routes. De rest van de
,geabsorbeerde glucose wordt gebruikt om energie op te slaan voor later gebruik tijdens de
post-absorberende (nuchtere) toestand. De weefsels die de meeste energie van het lichaam
opslaan, zijn de lever, vetweefsel en spieren. Glucose wordt door al deze weefsels
opgenomen in de absorberende toestand. Een ander deel van de bloedglucose komt in de
skeletspieren terecht waar het wordt omgezet in glycogeen voor opslag in de spier. Een
andere fractie komt het vetweefsel binnen, waar het wordt omgezet in vetzuren en
α-glycerolfosfaat, die worden gebruikt bij de synthese van triacylglycerol.
Metabolisme processen
Het metabolisme van koolhydraten is eigenlijk glucosemetabolisme omdat alle voedsel
koolhydraten uiteindelijk worden omgezet in glucose. Glucose komt de weefselcellen binnen
door middel van een versnelde diffusie. Direct na binnenkomtst van een cel wordt glucose
gefosforyleerd tot glucose-6-fosfaat door overdracht van een fosfaatgroep naar zijn 6e C
tijdens een gekoppelde reactie met ATP;
Glucose + ATP → glucose-6-PO4 + ADP
De meeste lichaamscellen missen de enzymen die nodig zijn om deze reactie om te keren,
dus het houdt effectief glucose in de cellen vast. Omdat glucose-6-fosfaat een ander
molecuul is dan enkelvoudige glucose, houdt de reactie ook de intracellulaire glucosespiegel
laag, waardoor een concentratiegradiënt voor glucoseinvoer behouden blijft.
C6H12O6 + 6 O2 → 6 H2O + 6 CO2+ 32 ATP + warmte
De oxidatie van glucose gaat zoals hierboven aangegeven en is verdeeld over 3
verschillende stappen;
- De glycolyse
- De citroenzuur cyclus
- De elektronentransportketen en oxidatieve fosforylering
Glycolyse
Dit vindt plaats in het cytosol van cellen en is een reeks van 10 chemische stappen waarbij
glucose omgezet wordt in 2x pyrodruivenzuur moleculen. Alle stappen zijn volledig
omkeerbaar, behalve de eerste, waarbij glucose dat de cel binnenkomt, wordt gefosforyleerd
tot glucose-6-fosfaat.
Glycolyse is een anaeroob proces (gebruikt geen zuurstof, ongeacht of er wel of geen
zuurstof aanwezig is). glycolyse is onder te verdelen in 3 belangrijke fases;
- Fase 1 suikeractivering → In fase 1 wordt glucose gefosforyleerd en omgezet in
fructose-6-fosfoaat, dat vervolgens weer wordt gefosforyleerd. Deze drie stappen
gebruiken 2 ATP en leveren fructose-1,6-bifosfaat op.
- Fase 2 suikersplitsing → Fructose-1,6-bifosfaat wordt gesplitst in twee 3C
fragmenten die bestaan als een van de twee isomeren: glyceraldehyde 3-fosfaat of
dihydroxyacetonfosfaat.
- Fase 3 suikeroxidatie en ATP vorming → De 3C fragmenten worden geoxideerd door
de verwijdering van H+, die NAD oppikt. Ook worden twee anorganische
fosfaatgroepen (Pi) aan elk geoxideerd fragment gehecht.
De eindproducten van glycolyse zijn twee moleculen pyrodruivenzuur en 2 NADH + H+. Er is
een netto opbrengst van 2 ATP per glucose molecuul. (er worden 4 geproduceerd maar fase
1 vereist 2 ATP, dus netto 2 ATP). De pyrodruivenzuurmoleculen hebben 4 H+ verloren die
, nu gebonden zijn aan NAD. Het lot van pyrodruivenzuur is afhankelijk van de
beschikbaarheid van zuurstof op het moment van productie.
Als zuurstof direct beschikbaar is, levert NADH + H+ zijn lading waterstofatomen aan de
enzymen van de elektronentransportketen in de mitochondriën, die ze aan O2 leveren en
water vormen. Wanneer O2 echter niet voldoende aanwezig is, laadt NADH+ H+ zijn H+
atomen terug op pyrodruivenzuur. Deze toevoeging van twee H+ aan pyrodruivenzuur levert
melkzuur op (figuur 2).
Citroenzuurcyclus
Dit vindt plaats in de mitochondriale matrix en wordt grotendeels gevoed door
pyrodruivenzuur dat wordt geproduceerd tijdens glycolyse en door vetzuren als gevolg van
afbraak van vet. Omdat pyrodruivenzuur een geladen molecuul is, moet het het
mitochondrion binnenkomen door actief transport met behulp van een transporteiwit.
Eenmaal in het mitochondrium is de eerste orde van zaken een overgangsfase die
pyrodruivenzuur omzet in acetyl-CoA. Dit gebeurt via een proces in drie stappen;
- Decarboxylering → Een C wordt van pyrodruivenzuur verwijderd en vrijgegeven als
CO2.
- Oxidatie → Het resterende 2C fragment wordt geoxideerd door H+ te verwijderen,
die worden opgepikt door NAD.
- Vorming van acetyl-CoA → Azijnzuur wordt gecombineerd met co-enzym A om
acetyl-CoA te vormen.
CoA brengt het 2C azijnzuur naar een enzym dat het condenseert met een 4C om 6C
citroenzuur te produceren. De cyclus heeft 8 verschillende stappen waarbij de atomen van
citroenzuur herschikt worden en verschillende tussenliggende moleculen produceren.
Omdat er 2 decarboxylaties en 4 oxidaties optreden, zijn de producten van de
citroenzuurcyclus 2 CO2-moleculen en vier reduceerde co-enzymen (3 NADH + H+ en 1
FADH2). Tijdens elke cycluswisseling wordt 1 ATP molecuul gevormd.
In totaal levert elk pyrodruivenzuur; 3 CO2, 5 gereduceerde co-enzymen op (1 FADH2 en 4
NADH + H+) en een ATP. De producten van glucose oxidatie in de citroenzuurcyclus zijn 2x
zo groot, aangezien 1 glucose 2 pyrodruivenzuur is.
Opbrengst in totaal is dus 6 CO2, 10 gereduceerde co-enzymen en 2 ATP (figuur 3).
Elektronentransportketen en oxidatieve fosforylering
Deze reacties vinden plaats in de mitochondriale cristae en vereisen zuurstof. In de
elektronentransportketen worden de H+ die worden verwijderd tijdens de oxidatie van
voedsel gecombineerd met O2 om H2O te vormen, en de energie die hierbij vrijkomt wordt
gebruikt om Pi-groepen aan ADP te hechten, om ATP te vormen.
De meeste componenten van de elektronentransportketen zijn eiwitten die zijn gebonden
aan metaalatomen. Deze eiwitten variëren in samenstelling en vormen
multiproteïnecomplexen die stevig zijn ingebed in het binnenste mitochondriale membraan.
De H+ die de gereduceerde co-enzymen aan de elektronentransportketen afgeven, worden
snel opgesplitst in protonen plus elektronen. De elektronen worden langs het binnenste
mitochondriale membraan van het ene complex naar het andere gebracht, waarbij ze bij elke
