Medische biochemie
Overzicht humaan metabolisme
Het humaan metabolisme heeft te maken met de aanmaak en afbraak van stoffen om energie te
genereren. Voorraden kunnen worden opgeslagen en later weer als energie worden gebruikt.
Energie is nodig voor de opbouw van cellen en is vaak gelinkt aan andere medische toepassingen.
Het metabolisme wordt vooral door metabolieten en hormonen in het lichaam zelf gereguleerd. Zo
wordt het glucosemetabolisme beïnvloed door insuline en glucagon. Insuline zorgt voor een
voorraad aan glucose in de pancreas, terwijl glucagon glucose afgeeft aan het bloed bij een tekort.
Dit gaat onder invloed van het hormoon epinefrine dat ook wel adrenaline wordt genoemd.
De hypothalamus is het regelsysteem van het metabolisme. Het zorgt voor de feedback, zo
signaleert een verhoogd leptinegehalte dat je genoeg gegeten hebt en zal je metabolisme harder
gaan werken om alles te verteren. Voor elke reactie in het metabolisme is een ander enzym nodig.
De belangrijkste processen liggen in het carbohydraat metabolisme: de citroenzuurcyclus en de
glycolyse. Carbohydraten zijn suikers met 6 koolstofatomen en kunnen worden omgezet in glucose.
Eiwitten zijn met elkaar verbonden met een peptidebinding en kunnen worden afgebroken tot
aminozuren. Vetten kunnen worden afgebroken tot vetzuren o.a. glycerol. Maar uiteindelijk zorgt
het metabolisme bij verbranding voor de vorming van Acetyl CoA.
Katabolisme is de verbranding of afbraak van stoffen om ATP te maken; de energiedrager. Bij de
verbranding, oxidatie van zuurstof, gaat een deel van de energie verloren als warmte. ATP wordt
alleen gemaakt als je het nodig hebt en verloopt steeds dezelfde cyclus: ATP ADP + P. ATP wordt
niet opgeslagen, zo is de hoeveelheid ATP in het bloed dan ook bij bijna iedereen gelijk. Energie kan
echter ook worden gedragen door GTP, FADH en NAD(P)H.
Om een reactie goed te kunnen laten verlopen zonder er energie voor nodig te hebben, moet je te
maken hebben met een negatieve ΔG. Bij een exotherme/exergone reactie komt er energie vrij en
voor een endotherme/endergone reactie heb je energie nodig, dus mogelijk ATP. Door de koppeling
van deze twee vormen van reacties kunnen alle reacties in het lichaam plaatsvinden.
De aanmaak van ATP vindt plaats in de mitochondriën, alleen rode bloedcellen hebben geen
mitochondriën en maken dus maar weinig ATP. Mitochondriën zijn redelijk goed afgesloten van de
rest van de cel om een strikte regulatie te kunnen behouden. ATPase zorgt voor de afbraak van ATP
in een ADP en P als het protongradiënt groot genoeg is, waardoor energie vrijkomt. ATP synthase
zorgt juist voor de aanmaak van ATP, dit gebeurt via de oxidatieve fosforylering. Als ATPase stopt
worden er geen protonen (bijv. Na+/K+ pomp) meer teruggepompt, waardoor een verschil in
membraanpotentiaal ontstaat. Zodra het ladingsverschil te groot wordt, wordt de oxidatieve
fosforylering gestopt; soort van negatieve feedback. De aanmaak van ATP stopt dus al het ADP is
omgezet in ATP. ATPase en ATPsynthase zijn samen gevormd een en dezelfde transporter in het
membraan.
NADH komt uit de citroenzuurcyclus en wordt in zeer kleine stappen gevormd om alle energie te
kunnen opvangen. Ook NADH wordt in de mitochondriën gevormd. In de citroenzuurcyclus is NAD+
de beperkende factor en die is ook weer afhankelijk van de oxidatieve fosforylering door de recycling
van NADH. Om NADH te genereren zou je pyruvaat kunnen omzetten in melkzuur; lactaat. Dit
gebeurt zodra er te weinig zuurstof is. In de rode bloedcellen gebeurt dit altijd omdat ze geen
citroenzuurcyclus kunnen volbrengen. De rode bloedcellen kunnen dus geen Acetyl CoA afbreken.
Pyruvaat kan ook worden omgezet in oxaloacetaat en verder in de citroenzuurcyclus. Dit staat
centraal in de glycolyse: de omzetting van glucose in pyruvaat. Hierbij wordt pyruvaat omgezet in
Acetyl CoA, hiervoor is NAD+ nodig: regulatie van de citroenzuurcyclus.
Medische biochemie Nicole Vissers 1
, Alles wat te veel is aan Acetyl CoA wordt als vet opgeslagen. Beweging is dan ook belangrijk voor de
afbraak van ATP door de verbindingen tussen actine en myosine in de spieren. Maar de concentraties
ATP in de spieren tijdens rust en inspanning is bijna stabiel: homeostase.
De hersenen gebruiken alleen glucose als brandstof, dit komt door de bloed hersen barrière;
vetzuren kunnen niet door het membraan heen worden getransporteerd, alleen glucose en in geval
van nood ketonlichamen. Het glucosegehalte in het bloed moet dan ook redelijk constant worden
gehouden. Als er te veel suiker in het bloed komt wordt citraat van de citroenzuurcyclus omgezet in
vetzuren. Bij een tekort aan glucose kunnen glycogeen voorraden worden omgezet in glucose.
Stoffen met een sterk negatieve ΔG zijn energiedragers, die energie afgeven bij afbraak. Zodra er een
tekort is aan glucose of energiedragers in het lichaam, worden er spieren afgebroken. Hierbij ga je
ketonlichamen aanmaken voor je hersenen als brandstof. Het is dan erg belangrijk om voldoende
eiwitten in te nemen om de afbraak van je spieren te verminderen. Bij diabetes mellitus 1 wordt
vaak vet en spier verbrand, maar daar is het glucose gehalte te hoog.
Koolhydraat en glucose metabolisme
In de mens bestaan er verschillende systemische metabolisme, deze werken allemaal samen in ons
lichaam. Elk orgaan heeft zo een andere manier om met voedingsstoffen om te gaan, dit zorgt ervoor
dat een mutatie in een bepaald orgaan niet zorgt voor een mutatie door het gehele organisme. De
hersenen halen energie uit glucose. Er kan geen oxidatie plaatsvinden van vetzuren in de neuronale
cellen omdat het myeline ervoor zorgt dat er geen vetzuren kunnen worden opgenomen. De enige
back-up die het brein heeft zijn ketonlichamen. Als er een overschot aan glucose is kan het worden
opgeslagen als glycogeen in de lever, deze hoeveelheid is echter beperkt.
Vertering begint in de mond met het enzym amylase, deze zorgt voor de afbraak van o.a. sucrose. De
suikers worden verder afgebroken tot dimeren en monomeren die kunnen worden opgenomen en
later weer worden afgestaan. Voor elke driedimensionale vorm van de suikers is er een ander enzym
nodig. Lactose intolerantie ontstaan bij een lactase deficiëntie, hierbij kan iemand geen lactase
aanmaken om lactose af te breken. De aanmaak van lactase is een eigenschap die pasgeborene
hebben maar in evolutie weer zou verdwijnen na de eerste 3 levensjaren. Echter komen er steeds
meer mensen voor die lactase kunnen aanmaken. Bij een lactose intolerantie kun je last krijgen van
buikpijn en diarree omdat lactose de osmotische waarde in de darm beïnvloed.
Glucose en moleculen opnemen in de darm kost geen energie. De villi op het darmepitheel
versimpelen transport, omdat de bloed en lymfevaten zo dicht aan het oppervlak liggen. Maar er zijn
ook actieve transporters aanwezig, namelijk de Na+/K+-pomp die met een osmotisch gradiënt werkt.
Alle stoffen gaan verder naar de lever, glycogeen wordt opgeslagen en kan bij een te laag
bloedglucosegehalte worden afgegeven. Het is namelijk belangrijk dat een constant milieu wordt
behouden. Bij een te laag bloedglucosegehalte wordt glucagon geproduceerd, die zorgt voor de
aanmaak van glucose uit voedingsstoffen: gluconeogenese. Maar ook wordt glycogeen omgezet in
glucose: glycogenolyse, vetten worden verbrand; lipolyse en wordt de glycolyse geremd. Bij een te
hoog bloedglucosegehalte komt er insuline vrij. Insuline zorgt voor de aanmaak van glycogeen;
glycogenese, vetzuren en triglyceriden. Ook wordt de glycolyse in de lever verhoogd. De omzetting
van pyruvaat in acetyl CoA wordt ook gestimuleerd door insuline, terwijl glucagon het inactiveert.
Alleen de lever kan zorgen voor een afgifte van glucose aan het bloed, omdat het als een van de
enige cellen glucose-6-fosfaat kan aanmaken. Na het eten ontstaat altijd een piek van insuline om
glycogeen te kunnen opslaan uit de te grote hoeveelheid glucose inname op dat moment.
Vooral spieren en vetcellen zijn gevoelig voor glucose omdat zij een GLUT4 transporter hebben. De
snelheid waarmee glucose wordt opgenomen door membraan transporters (GLUT) is te vergelijken
met enzymkinetiek en de Michaelis-Mentencurve. De snelheid is dus afhankelijk van de glucose
Medische biochemie Nicole Vissers 2
Overzicht humaan metabolisme
Het humaan metabolisme heeft te maken met de aanmaak en afbraak van stoffen om energie te
genereren. Voorraden kunnen worden opgeslagen en later weer als energie worden gebruikt.
Energie is nodig voor de opbouw van cellen en is vaak gelinkt aan andere medische toepassingen.
Het metabolisme wordt vooral door metabolieten en hormonen in het lichaam zelf gereguleerd. Zo
wordt het glucosemetabolisme beïnvloed door insuline en glucagon. Insuline zorgt voor een
voorraad aan glucose in de pancreas, terwijl glucagon glucose afgeeft aan het bloed bij een tekort.
Dit gaat onder invloed van het hormoon epinefrine dat ook wel adrenaline wordt genoemd.
De hypothalamus is het regelsysteem van het metabolisme. Het zorgt voor de feedback, zo
signaleert een verhoogd leptinegehalte dat je genoeg gegeten hebt en zal je metabolisme harder
gaan werken om alles te verteren. Voor elke reactie in het metabolisme is een ander enzym nodig.
De belangrijkste processen liggen in het carbohydraat metabolisme: de citroenzuurcyclus en de
glycolyse. Carbohydraten zijn suikers met 6 koolstofatomen en kunnen worden omgezet in glucose.
Eiwitten zijn met elkaar verbonden met een peptidebinding en kunnen worden afgebroken tot
aminozuren. Vetten kunnen worden afgebroken tot vetzuren o.a. glycerol. Maar uiteindelijk zorgt
het metabolisme bij verbranding voor de vorming van Acetyl CoA.
Katabolisme is de verbranding of afbraak van stoffen om ATP te maken; de energiedrager. Bij de
verbranding, oxidatie van zuurstof, gaat een deel van de energie verloren als warmte. ATP wordt
alleen gemaakt als je het nodig hebt en verloopt steeds dezelfde cyclus: ATP ADP + P. ATP wordt
niet opgeslagen, zo is de hoeveelheid ATP in het bloed dan ook bij bijna iedereen gelijk. Energie kan
echter ook worden gedragen door GTP, FADH en NAD(P)H.
Om een reactie goed te kunnen laten verlopen zonder er energie voor nodig te hebben, moet je te
maken hebben met een negatieve ΔG. Bij een exotherme/exergone reactie komt er energie vrij en
voor een endotherme/endergone reactie heb je energie nodig, dus mogelijk ATP. Door de koppeling
van deze twee vormen van reacties kunnen alle reacties in het lichaam plaatsvinden.
De aanmaak van ATP vindt plaats in de mitochondriën, alleen rode bloedcellen hebben geen
mitochondriën en maken dus maar weinig ATP. Mitochondriën zijn redelijk goed afgesloten van de
rest van de cel om een strikte regulatie te kunnen behouden. ATPase zorgt voor de afbraak van ATP
in een ADP en P als het protongradiënt groot genoeg is, waardoor energie vrijkomt. ATP synthase
zorgt juist voor de aanmaak van ATP, dit gebeurt via de oxidatieve fosforylering. Als ATPase stopt
worden er geen protonen (bijv. Na+/K+ pomp) meer teruggepompt, waardoor een verschil in
membraanpotentiaal ontstaat. Zodra het ladingsverschil te groot wordt, wordt de oxidatieve
fosforylering gestopt; soort van negatieve feedback. De aanmaak van ATP stopt dus al het ADP is
omgezet in ATP. ATPase en ATPsynthase zijn samen gevormd een en dezelfde transporter in het
membraan.
NADH komt uit de citroenzuurcyclus en wordt in zeer kleine stappen gevormd om alle energie te
kunnen opvangen. Ook NADH wordt in de mitochondriën gevormd. In de citroenzuurcyclus is NAD+
de beperkende factor en die is ook weer afhankelijk van de oxidatieve fosforylering door de recycling
van NADH. Om NADH te genereren zou je pyruvaat kunnen omzetten in melkzuur; lactaat. Dit
gebeurt zodra er te weinig zuurstof is. In de rode bloedcellen gebeurt dit altijd omdat ze geen
citroenzuurcyclus kunnen volbrengen. De rode bloedcellen kunnen dus geen Acetyl CoA afbreken.
Pyruvaat kan ook worden omgezet in oxaloacetaat en verder in de citroenzuurcyclus. Dit staat
centraal in de glycolyse: de omzetting van glucose in pyruvaat. Hierbij wordt pyruvaat omgezet in
Acetyl CoA, hiervoor is NAD+ nodig: regulatie van de citroenzuurcyclus.
Medische biochemie Nicole Vissers 1
, Alles wat te veel is aan Acetyl CoA wordt als vet opgeslagen. Beweging is dan ook belangrijk voor de
afbraak van ATP door de verbindingen tussen actine en myosine in de spieren. Maar de concentraties
ATP in de spieren tijdens rust en inspanning is bijna stabiel: homeostase.
De hersenen gebruiken alleen glucose als brandstof, dit komt door de bloed hersen barrière;
vetzuren kunnen niet door het membraan heen worden getransporteerd, alleen glucose en in geval
van nood ketonlichamen. Het glucosegehalte in het bloed moet dan ook redelijk constant worden
gehouden. Als er te veel suiker in het bloed komt wordt citraat van de citroenzuurcyclus omgezet in
vetzuren. Bij een tekort aan glucose kunnen glycogeen voorraden worden omgezet in glucose.
Stoffen met een sterk negatieve ΔG zijn energiedragers, die energie afgeven bij afbraak. Zodra er een
tekort is aan glucose of energiedragers in het lichaam, worden er spieren afgebroken. Hierbij ga je
ketonlichamen aanmaken voor je hersenen als brandstof. Het is dan erg belangrijk om voldoende
eiwitten in te nemen om de afbraak van je spieren te verminderen. Bij diabetes mellitus 1 wordt
vaak vet en spier verbrand, maar daar is het glucose gehalte te hoog.
Koolhydraat en glucose metabolisme
In de mens bestaan er verschillende systemische metabolisme, deze werken allemaal samen in ons
lichaam. Elk orgaan heeft zo een andere manier om met voedingsstoffen om te gaan, dit zorgt ervoor
dat een mutatie in een bepaald orgaan niet zorgt voor een mutatie door het gehele organisme. De
hersenen halen energie uit glucose. Er kan geen oxidatie plaatsvinden van vetzuren in de neuronale
cellen omdat het myeline ervoor zorgt dat er geen vetzuren kunnen worden opgenomen. De enige
back-up die het brein heeft zijn ketonlichamen. Als er een overschot aan glucose is kan het worden
opgeslagen als glycogeen in de lever, deze hoeveelheid is echter beperkt.
Vertering begint in de mond met het enzym amylase, deze zorgt voor de afbraak van o.a. sucrose. De
suikers worden verder afgebroken tot dimeren en monomeren die kunnen worden opgenomen en
later weer worden afgestaan. Voor elke driedimensionale vorm van de suikers is er een ander enzym
nodig. Lactose intolerantie ontstaan bij een lactase deficiëntie, hierbij kan iemand geen lactase
aanmaken om lactose af te breken. De aanmaak van lactase is een eigenschap die pasgeborene
hebben maar in evolutie weer zou verdwijnen na de eerste 3 levensjaren. Echter komen er steeds
meer mensen voor die lactase kunnen aanmaken. Bij een lactose intolerantie kun je last krijgen van
buikpijn en diarree omdat lactose de osmotische waarde in de darm beïnvloed.
Glucose en moleculen opnemen in de darm kost geen energie. De villi op het darmepitheel
versimpelen transport, omdat de bloed en lymfevaten zo dicht aan het oppervlak liggen. Maar er zijn
ook actieve transporters aanwezig, namelijk de Na+/K+-pomp die met een osmotisch gradiënt werkt.
Alle stoffen gaan verder naar de lever, glycogeen wordt opgeslagen en kan bij een te laag
bloedglucosegehalte worden afgegeven. Het is namelijk belangrijk dat een constant milieu wordt
behouden. Bij een te laag bloedglucosegehalte wordt glucagon geproduceerd, die zorgt voor de
aanmaak van glucose uit voedingsstoffen: gluconeogenese. Maar ook wordt glycogeen omgezet in
glucose: glycogenolyse, vetten worden verbrand; lipolyse en wordt de glycolyse geremd. Bij een te
hoog bloedglucosegehalte komt er insuline vrij. Insuline zorgt voor de aanmaak van glycogeen;
glycogenese, vetzuren en triglyceriden. Ook wordt de glycolyse in de lever verhoogd. De omzetting
van pyruvaat in acetyl CoA wordt ook gestimuleerd door insuline, terwijl glucagon het inactiveert.
Alleen de lever kan zorgen voor een afgifte van glucose aan het bloed, omdat het als een van de
enige cellen glucose-6-fosfaat kan aanmaken. Na het eten ontstaat altijd een piek van insuline om
glycogeen te kunnen opslaan uit de te grote hoeveelheid glucose inname op dat moment.
Vooral spieren en vetcellen zijn gevoelig voor glucose omdat zij een GLUT4 transporter hebben. De
snelheid waarmee glucose wordt opgenomen door membraan transporters (GLUT) is te vergelijken
met enzymkinetiek en de Michaelis-Mentencurve. De snelheid is dus afhankelijk van de glucose
Medische biochemie Nicole Vissers 2
