Samenvatting Metabolisme

ZSO 4: Glycolyse

Overzicht (glycolyse)

 In alle weefsels voor afbraak glucose -> energie (vorm ATP) en intermediatoren voor andere
metabolische pathways
 Is aan het verdeelpunt van koolhydraat metabolisme -> alle suikers (van dieet of katabolische
reacties) worden omgezet tot glucose
 Pyruvaat is eindproduct in cellen met mito en voldoende zuurstof
 Aerobische glycolyse = serie van 10 stappen waarbij zuurstof nodig is om NADH te reoxideren
tijdens oxidatie van glyceraldehyde 3-fosfaat
-> decarboxylatie van pyruvaat tot acetyl CoA = brandstof voor citroenzuurcyclus
 Anaerobische glycolyse = pyruvaat omgezet worden tot lactase bij oxidatie van NADH tot
NAD+, geen zuurstof nodig
-> zorgt voor ATP in cellen zonder mito of weinig zuurstof




Reacties van glycolyse

 Omzetting glucose tot pyruvaat in 2 stages:
o Energie investerende fase:
 gefosforyleerde vormen van intermediairen gesynthiseerd
gebruik makend van ATP
o Energie genererende fase:
 Netto van 2 ATP’s gevormd bij substraat level fosforylatie
per glucose gemetaboliseerd
A. Fosforylatie van glucose:
o Gefosforyliseerde suiker niet door membraan
-> geen carriers en niet diffunderen want polair
o Onomkeerbare fosforylatie van glucose -> gevangen in cytosol als
cytosolisch glucose 6-fosfaat

,o Enzymen die fosforylatie van glucose tot glucose 6-fosfaat
katalyseren:
1. Hexokinase:
 Katalyseerd fosforylatie van glucose
 1 van 3 regulator enzymen van glycolyse
(fosfofructokinase en pyruvaatkinase)
 Grote substraatspecificiteit
 Geïnhibeerd door reactieproduct, glucose 6-fosfaat
 Lage Km waarde (hoge affinietit) voor glucose
-> goede efficiëntie wanneer glucose laag is
 Lage Vmax voor glucose
-> geen cellulaire fosfaat vastzetten in vorm van gefosforyleerde hexoses of
meer suikers fosforyleren dan cel nodig heeft
 Ook glucose sensor in neuronen van hypothalamus -> adrenerge reactie op
hypoglycemia
2. Glucokinase:
 In lever parenchymale cellen en β cellen van
pancreas
 In β cellen: Glucokinase als glucose sensor
-> drempelwaarde voor insuline secretie bepalen
 In lever: Glucokinase faciliteerd glucose fosforylatie
tijdens hyperglycemia
 Ook grote substraatspecificiteit
 Werkt voor behouding bloedglucose homeostase
-> mutatie -> zeldzame vorm diabetes
a. Kinetiek:
 Glucokinase verschilt van hexokinase in
belangrijke eigenschappen
 Veel hogere Km
-> hogere glucose concentratie nodig
 Hoge Vmax
-> efficiënt grote hoeveelheid glucose verwijderen
-> minimaliseren hyperglycemia
b. Regulatie door fructose 6-fosfaat en glucose:
 Niet direct geïnhibeerd door glucose 6-fosfaat (zoals hexokinase)
 Indirect geïnhibeerd door fructose 6-fosfaat
 Indirect gestimuleerd door glucose:
o Glucokinase regulatory proteïne
(GKRP) reguleert glucokinase (in
lever)
o Aanwezigheid fructose 6-fosfaat
-> glucokinase naar nucleus aan
GKRP -> inactief
o Glucose in bloed stijgt ->
Glucokinase komt los van GKRP

, -> terug naar cytosol -> fosforyleert glucose tot glucose 6-
fosfaat
B. Isomerisatie van glucose 6-fosfaat:
o Van glucose 6-fosfaat tot fructose 6-fosfaat gekatalyseerd door
fosfoglucose isomerase
o Is omkeerbaar en niet gereguleerde stap
C. Fosforylatie van fructose 6-fosfaat:
o Onomkeerbare reactie
o Door fosfofructokinase-1 (PFK-1)
o Belangrijkste punt en snelheidsbeperkende en toegewijde stap
van glycolyse
o PFK-1 gereguleerd door aanwezigheid substraat ATP en fructose
6-fosfaat en door volgende regulerende stoffen:
1. Regulatie door energie levels in cel:
 Geïnhibeerd door vehoogde levels van ATP
-> veel energie aanwezig
 Ook geïnhibeerd door citraat (intermediair van citrzoenzuurcyclus)
 Geactiveerd door hoge concentratie AMP
-> weinig energie aanwezig
2. Regulatie door fructose 2,6-bifosfaat:
 Krachtigste activator van PFK-1
 Activeert het zelfs wanneer ATP levels hoog zijn
 Is gevormd door fosfofructokinase-2 (PFK-2):
 Kinase activiteit:
-> produceert fructose 2,6-bifosfaat
-> in lever dit domein is actief wanneer niet gefosforyleerd en
omgekeerd
 Fosfatase activiteit:
-> defosforyleerd fructose 2,6-bifosfaat terug tot fructose 6-fosfaat
 PFK-2 inhibeert gluconeogenese en activeert glycolyse
-> niet tegelijkertijd actief
-> glycolyse: glucose naar pyruvaat
-> gluconeogenese: pyruvaat naar glucose
a.Tijdens de goed gevoede staat:
 Weinig levels glucagon, veel insuline en veel
fructose 2,6-bifosfaat
 fructose 2,6-bifosfaat is intracellulair signaal
voor veel glucose -> glycolyse
b.Tijdens verhongering:
 Veel glucagon, weinig insuline en weinig
fructose 2,6-bifosfaat
 Vermindering van glycolyse en verhoging van
gluconeogenese

D. Klieving van fructose 1,6-bifosfaat:

, o Aldolase klieft het to dihydroxyacetone fosfaat en glyxeraldehyde 3-fosfaat
o Reactie is omkeerbaar en niet geregeld
E. Isomerisatie van dihydroxyaceton fosfaat:
o Triose fosfaat isomerase interconverteert dihyroxyaceton fosfaat en glyceraldehyde
3-fosfaat
o dihyroxyaceton fosfaat moet geïsomeriseert worden tot glyceraldehyde 3-fosfaat
voor verdere metabolisme in glycolyse pathway
o isomerisatie -> net productie 2 glyceraldehyde 3-fosfaat van klieving
van fructose 1,6-bifosfaat
F. Oxidatie van glyceraldehyde 3-fosfaat:
o Glyceraldehyde 3-fosfaat dehydrogenase zet het om tot
1,3bifosfoglyceraat
o Eerste oxidatie-redcutie stap van glycolyse
o Limiterende hoeveelheid NAD+ in cel -> NADH terug oxideren door:
1.NADH gelinkte conversie van pyruvaat toto lactaat
(anaerobische)
2.Oxidatie van NADH via respiratoire ketting (aerobische)
1. Synthese van 1,3-bifosfoglyceraat (1,3-BPG):
 Oxidatie van aldehydegroep van Glyceraldehyde 3-fosfaat tot
een carboxylgroep is gekoppeld door vastmaken van
fosfaatgroep (Pi) aan carboxylgroep
 Hoge energie fosfaatgroep op koolstof 1 van 1,3-BPG ->
bespaard veel vrije energie geproduceerd door oxidatie van
Glyceraldehyde 3-fosfaat
 Hoge energie van deze fosfaat drijft synthese ATP voort in
glycolyse
2. Synthese van 2,3-bifosfoglyceraat (2,3-BPG) in rode bloedcellen:
 Sommige 1,3-BPG omgezet tot 2,3-BPG door bifosfoglyceraat
mutase
 Verhoogd zuurstoflevering
 Gehydrolyseerd door een fosfotase tot 3-fosfoglyceraat (ook
intermediair in glycolyse)
G. Synthese van 3-fosfoglyceraat producerende ATP :
o Wanneer 1,3-BPG omgezet tot 3-fosfoglyceraat -> hoge energie
fosfaatgroep van 1,3-BPG -> synthese ATP van ADP
o Gekatalyseerd door fosfoglyceraat kinase (omkeerbaar)
o 2 moleculen 1,3-BPG gevormd van 1 glucose -> deze kinase reactie vervangt de 2
eerder verbruikte ATP bij vorming glucose 6-fosfaat en fructose 1,6-bifosfaat
H. Shift van fosfaatgroep van koolstof 3 tot koolstof 2:
o Gebeurt bij 3-fosfoglyceraat door fosfoglyceraatmutase
o Omkeerbaar
I. Dehydratie van 2-fosfoglyceraat:
o Door enolase