Metabolisme
Suikermetabolisme
Glycolyse
= een katabole pathway
Waar speelt de glycolyse af? Waar in de cel? In welke cellen van ons lichaam?
In cytoplasma (= uitzonderlijk, meeste katabole pathways in mitochondrium)
Glycolyse in alle cellen van ons lichaam, zelfs in cellen die niet beschikken over
mitochondrium zoals RBC
Glycolyse
2 fasen in de glycolyse:
1) Glucose gefosforyleerd en herschikt tot fructose-1,6-difosfaat => anabole reactie
Fructose-1,6-difosfaat omgezet in 2 triosefosfaatmoleculen
2) Triosefosfaatmoleculen herschikt en geoxideerd tot pyruvaat => katabole reactie
Andere processen zijn nauw verbonden met de glycolyse:
De opname van glucose door de cel is onlosmakelijk verbonden met de fosforylatie van
glucose
Lactaatdehydrogenase kan pyruvaat omzetten in lactaat => glycolyse energie leveren op
anaërobe manier
Pyruvaatdehydrogenase kan pyruvaat omzetten in acetyl-CoA: op zijn beurt geoxideerd tot
CO2 en water in KC
De glycolyse stapsgewijs
Opname glucose door cellen
Monosachariden uit voeding opgenomen in de darmepitheelcellen Samen met Na+ en komt
in de darm te
De opgenomen suiker uit de darm kan passief diffunderen in de bloedbaan
Alle aders uit de darm komen samen tot de poort ader in de lever
De lever bepaald om suiker op te slaan of te laten passeren conc glucose bloedvat = conc
glucose buiten BV
Glucose te groot om door het celmembraan te diffunderen
Glucose maakt gebruik van carriers om in de cel te komen
Passief transpor dat gefacilieerd
,Gefacilieerde diffusie:
Carriereiwitten nodig om glucose te transporteren
Er moet een conc-verschil zijn, dit bepaald de transportsnelheid
# carriers beïnvloed ook de transportsnelheid insuline los het aantal omhoog
Vers type carriers => isomeren omdat elke cel andere affiniteiten heeft van glucose
Soorten glucosetransporters: (10 vers.)
GLUT1, GLUT3 en GLUT4: rol in opname glucose door cellen vanuit bloedbaan. Op vers celtypes
GLUT2: glucose transporteren in beide richtingen over celmemb. Afh. van bloedconc. en cellulaire
conc. Op levercellen
GLUT4: isovorm van glucosecarrier die bevindt in celmemb. Van spiercellen en vetcellen, =
glucosetransporter die door insuline gereguleerd w , GLUT4 los door stimulatie van insuline in
overmaat getransporteerd w => cel neemt meer glucose op
Fosforylatie van glucose
1) Glucose gefosforyleerd tot glucose-6-fosfaat => door hexokinase & Glucokinase , irreversibel
Hexokinase: overdracht v/e fosfaatgroep van ATP naar een hexose, kan niet alleen D-glucose
fosforyleren, maar ook mannose of fructose, komt in vers celtypes voor
Glucokinase: overdracht v/e fosfaatgroep van ATP naar D-glucose, kan ook andere hexosen
fosforyleren, komt enkel voor in levercellen, activiteit afh van bloedglucosespiegel
Vorming van triosefosfaatmoleculen
4 Opeenvolgende reacties: omzetting glucose-6-fosfaat in glyceraldehyde-3-fosfaat:
2) Glucosefosfaatisomerase: glucose-6-fosfaat => fructose-6-fosfaat: reversibel fysiologisch
3) Fosfofructokinase-1: fructose-6-fosfaat => fructose-1,6-fosfaat, fysiologisch onomkeerbaar,
fosfaatdonor: ATP
4) Fructosedifosfaatdolase: verbreekt binding tussen C3 en C4 in fructose-1,6-difosfaat,
producten lyasereactie: glyceraldehyde-3-fosfaat (GAF) en dihydroxyaceton-fosfaat (DAF),
reversibel
5) Triosefosfaatisomerase: dihydroxyaceton-fosfaat => glyceraldehyde-3-fosfaat, reversibel
2 laatste reacties: samen 1 fructose-1,6-difosfaat om in 2 moleculen glyceraldehyde-3-fosfaat
Totaalreactie 1 molecule glucose => 2 pyruvaat: vereisen 2 ATP’s, vereist energie
Vorming pyruvaat (2x)
5 opeenvolgende stappen: glyceraldehyde-3-fosfaat => pyruvaat
Totaalreactie: fosforylatie van 2 ADP’s => ATP
Glycolyse levert energie op substraatniveau
6) Fosforylering + oxidatie => levert NADH + H+
7) ADP => ATP
8) Isomerisatie: 3-fosfoglyceraat => 2-fosfoglyceraat
9) Enolase: 2-fosfoglyceraat => fosfoenolpyruvaat
10) ADP => ATP + pyruvaat
, Continue aanvoer NAD+ nodig voor glycolyse actief te houden
Regulatie van de glycolyse
Door enzymen
Hexokinase/ glucokinase
Fosfofructokinase-1
Pyruvaatkinase
Cel glycolyse afstemmen op behoefte door:
Op korte termijn (min): activiteit van aanwezige gereguleerde enzymen aan te passen
Op lange termijn (uren-dagen): meer of minder gereguleerde enzymen te synthetiseren:
Op niveau van transcriptie
Hormonen beïnvloeden transcriptie
Insuline: transcriptie glucokinase, fosfofructokinase-1 en pyruvaatkinase in lever
verhogen
Glucagon omgekeerd effect op transcriptie deze genen
Regulatie van hexokinase en glucokinase
Hexokinase:
W allosterisch geïnhibeerd door glucose-6-fosfaat
Wnr opeenvolgende stappen glycolyse vertragen: conc aan glucose-6- fosfaat stijgen
Gestegen glucose-6-fosfaat zal hexokinase allosterisch inhiberen
Minder glucose gefosforyleerd in cytoplasma
Intracellulaire glucoseconc stijgt => conc-verschil over celmembraan verkleint of verdwijnt en
gefaciliteerde diffusie stilvalt
Hexokinase-activiteit + opname glucose afgestemd op verbruik glucose door reacties
Glucokinase niet gereguleerd door glucsoe-6-fosfaat:
Glucose doe glucokinase-activiteit in levercellen toenemen
Fructose-6-fosfaat doet activiteit afnemen
Glucokinase in levercel voor als 2 compartimenten:
Actieve glucokinase bevindt zich in cytoplasma
Inactieve glucokinase bevindt zich in kern in complex met zogenaamde glucokinase
regulerend proteïne (GKRP)
De reversibele binding tussen glucokinase en GKRP: bepaald waar glucokinase zich bevindt
en of het actief is. Binding beïnvloed door glucose en fructose-6-fosfaat
Glucose verzwakt binding => glucokinase ontsnappen uit kern en deelnemen aan glycolyse
Fructose-6-fosfaat: omgekeerde effect
Wnr poortader vel glucose aanvoert, levercel veel glucose opnemen en fosforyleren, zolang
fructose-6-fosfaat niet stijgt in de cel
, Regulatie van fosfofructokinase-1
Eerste irreversibele reactie specifiek voor glycolyse = fosforylatie van fructose-6-fosfaat door
fosfofructokinase-1: belangrijkste gereguleerde enzym van glycolyse
Allosterische regulatoren van fosfofructokinase-1:
Activator AMP
Inhibitor ATP
Inhibitor citraat
Activator fructose-2,6-difosfaat
AMP + ATP: functie: glycolyse aanpast aan energiebehoefte van cel
Hoge ATP/AMP: cel geen nood aan extra energie uit glycolyse => fosfofructokinase-1 allosterisch
geïnhibeerd
Bij lage ATP/AMP: cel veel nood aan extra energie => fosfofructokinase-1 allosterisch geactiveerd
Citraat: krebcyclus intermediair in mitochondriën
Specifieke citraatcarrier in binnenste mitochondriale membraan transporteert citraat naar
intermembranaire ruimte, => citraat kan diffunderen in cytoplasma
In cytoplasma: citraat het substraat voor enzym citraatlyase: zet citraat om in oxaalacetaat en acetyl-
CoA
Hierdoor kan acetyl-CoA zich verplaatsen van mitochondriën naar cytoplasma => VZ-synthese
doorgaat
Citraat: belangrijke metabole regulator
Energieleverende pathways w geïnhibeerd door citraat:
Citraat inhibeert glycolyse via fosfofructokinase-1
Citraat inhibeert KC onrechtstreeks via Pyruvaatdehydrogenase en rechtstreeks via
succinaatdehydrogenese
Citraat inhibeert VZ-oxidatie via carnitine palmitoyltransferase 1
Citraat stimuleert energie verbruikende pathways
Citraat activeert VZ-synthese via acetyl-CoA carboxylase
Krachtigste activator van fosfofructokinase-1 = fructose-2,6-difosfaat (zelfs als ATP/AMP hoog is)
p.12
Regulatie pyruvaatkinase
Katalyseert laatste irreversibele stap van glycolyse
W allosterisch geactiveerd door fructose-1,6-difosfatase = product van fosfofructokinasereactie
Pyruvaatkinase-activiteit afgestemd op fosfofructokinase-activiteit
De glycolyse en andere pathways
Pathways die intermediairen delen met glycolyse zijn
Suikermetabolisme
Glycolyse
= een katabole pathway
Waar speelt de glycolyse af? Waar in de cel? In welke cellen van ons lichaam?
In cytoplasma (= uitzonderlijk, meeste katabole pathways in mitochondrium)
Glycolyse in alle cellen van ons lichaam, zelfs in cellen die niet beschikken over
mitochondrium zoals RBC
Glycolyse
2 fasen in de glycolyse:
1) Glucose gefosforyleerd en herschikt tot fructose-1,6-difosfaat => anabole reactie
Fructose-1,6-difosfaat omgezet in 2 triosefosfaatmoleculen
2) Triosefosfaatmoleculen herschikt en geoxideerd tot pyruvaat => katabole reactie
Andere processen zijn nauw verbonden met de glycolyse:
De opname van glucose door de cel is onlosmakelijk verbonden met de fosforylatie van
glucose
Lactaatdehydrogenase kan pyruvaat omzetten in lactaat => glycolyse energie leveren op
anaërobe manier
Pyruvaatdehydrogenase kan pyruvaat omzetten in acetyl-CoA: op zijn beurt geoxideerd tot
CO2 en water in KC
De glycolyse stapsgewijs
Opname glucose door cellen
Monosachariden uit voeding opgenomen in de darmepitheelcellen Samen met Na+ en komt
in de darm te
De opgenomen suiker uit de darm kan passief diffunderen in de bloedbaan
Alle aders uit de darm komen samen tot de poort ader in de lever
De lever bepaald om suiker op te slaan of te laten passeren conc glucose bloedvat = conc
glucose buiten BV
Glucose te groot om door het celmembraan te diffunderen
Glucose maakt gebruik van carriers om in de cel te komen
Passief transpor dat gefacilieerd
,Gefacilieerde diffusie:
Carriereiwitten nodig om glucose te transporteren
Er moet een conc-verschil zijn, dit bepaald de transportsnelheid
# carriers beïnvloed ook de transportsnelheid insuline los het aantal omhoog
Vers type carriers => isomeren omdat elke cel andere affiniteiten heeft van glucose
Soorten glucosetransporters: (10 vers.)
GLUT1, GLUT3 en GLUT4: rol in opname glucose door cellen vanuit bloedbaan. Op vers celtypes
GLUT2: glucose transporteren in beide richtingen over celmemb. Afh. van bloedconc. en cellulaire
conc. Op levercellen
GLUT4: isovorm van glucosecarrier die bevindt in celmemb. Van spiercellen en vetcellen, =
glucosetransporter die door insuline gereguleerd w , GLUT4 los door stimulatie van insuline in
overmaat getransporteerd w => cel neemt meer glucose op
Fosforylatie van glucose
1) Glucose gefosforyleerd tot glucose-6-fosfaat => door hexokinase & Glucokinase , irreversibel
Hexokinase: overdracht v/e fosfaatgroep van ATP naar een hexose, kan niet alleen D-glucose
fosforyleren, maar ook mannose of fructose, komt in vers celtypes voor
Glucokinase: overdracht v/e fosfaatgroep van ATP naar D-glucose, kan ook andere hexosen
fosforyleren, komt enkel voor in levercellen, activiteit afh van bloedglucosespiegel
Vorming van triosefosfaatmoleculen
4 Opeenvolgende reacties: omzetting glucose-6-fosfaat in glyceraldehyde-3-fosfaat:
2) Glucosefosfaatisomerase: glucose-6-fosfaat => fructose-6-fosfaat: reversibel fysiologisch
3) Fosfofructokinase-1: fructose-6-fosfaat => fructose-1,6-fosfaat, fysiologisch onomkeerbaar,
fosfaatdonor: ATP
4) Fructosedifosfaatdolase: verbreekt binding tussen C3 en C4 in fructose-1,6-difosfaat,
producten lyasereactie: glyceraldehyde-3-fosfaat (GAF) en dihydroxyaceton-fosfaat (DAF),
reversibel
5) Triosefosfaatisomerase: dihydroxyaceton-fosfaat => glyceraldehyde-3-fosfaat, reversibel
2 laatste reacties: samen 1 fructose-1,6-difosfaat om in 2 moleculen glyceraldehyde-3-fosfaat
Totaalreactie 1 molecule glucose => 2 pyruvaat: vereisen 2 ATP’s, vereist energie
Vorming pyruvaat (2x)
5 opeenvolgende stappen: glyceraldehyde-3-fosfaat => pyruvaat
Totaalreactie: fosforylatie van 2 ADP’s => ATP
Glycolyse levert energie op substraatniveau
6) Fosforylering + oxidatie => levert NADH + H+
7) ADP => ATP
8) Isomerisatie: 3-fosfoglyceraat => 2-fosfoglyceraat
9) Enolase: 2-fosfoglyceraat => fosfoenolpyruvaat
10) ADP => ATP + pyruvaat
, Continue aanvoer NAD+ nodig voor glycolyse actief te houden
Regulatie van de glycolyse
Door enzymen
Hexokinase/ glucokinase
Fosfofructokinase-1
Pyruvaatkinase
Cel glycolyse afstemmen op behoefte door:
Op korte termijn (min): activiteit van aanwezige gereguleerde enzymen aan te passen
Op lange termijn (uren-dagen): meer of minder gereguleerde enzymen te synthetiseren:
Op niveau van transcriptie
Hormonen beïnvloeden transcriptie
Insuline: transcriptie glucokinase, fosfofructokinase-1 en pyruvaatkinase in lever
verhogen
Glucagon omgekeerd effect op transcriptie deze genen
Regulatie van hexokinase en glucokinase
Hexokinase:
W allosterisch geïnhibeerd door glucose-6-fosfaat
Wnr opeenvolgende stappen glycolyse vertragen: conc aan glucose-6- fosfaat stijgen
Gestegen glucose-6-fosfaat zal hexokinase allosterisch inhiberen
Minder glucose gefosforyleerd in cytoplasma
Intracellulaire glucoseconc stijgt => conc-verschil over celmembraan verkleint of verdwijnt en
gefaciliteerde diffusie stilvalt
Hexokinase-activiteit + opname glucose afgestemd op verbruik glucose door reacties
Glucokinase niet gereguleerd door glucsoe-6-fosfaat:
Glucose doe glucokinase-activiteit in levercellen toenemen
Fructose-6-fosfaat doet activiteit afnemen
Glucokinase in levercel voor als 2 compartimenten:
Actieve glucokinase bevindt zich in cytoplasma
Inactieve glucokinase bevindt zich in kern in complex met zogenaamde glucokinase
regulerend proteïne (GKRP)
De reversibele binding tussen glucokinase en GKRP: bepaald waar glucokinase zich bevindt
en of het actief is. Binding beïnvloed door glucose en fructose-6-fosfaat
Glucose verzwakt binding => glucokinase ontsnappen uit kern en deelnemen aan glycolyse
Fructose-6-fosfaat: omgekeerde effect
Wnr poortader vel glucose aanvoert, levercel veel glucose opnemen en fosforyleren, zolang
fructose-6-fosfaat niet stijgt in de cel
, Regulatie van fosfofructokinase-1
Eerste irreversibele reactie specifiek voor glycolyse = fosforylatie van fructose-6-fosfaat door
fosfofructokinase-1: belangrijkste gereguleerde enzym van glycolyse
Allosterische regulatoren van fosfofructokinase-1:
Activator AMP
Inhibitor ATP
Inhibitor citraat
Activator fructose-2,6-difosfaat
AMP + ATP: functie: glycolyse aanpast aan energiebehoefte van cel
Hoge ATP/AMP: cel geen nood aan extra energie uit glycolyse => fosfofructokinase-1 allosterisch
geïnhibeerd
Bij lage ATP/AMP: cel veel nood aan extra energie => fosfofructokinase-1 allosterisch geactiveerd
Citraat: krebcyclus intermediair in mitochondriën
Specifieke citraatcarrier in binnenste mitochondriale membraan transporteert citraat naar
intermembranaire ruimte, => citraat kan diffunderen in cytoplasma
In cytoplasma: citraat het substraat voor enzym citraatlyase: zet citraat om in oxaalacetaat en acetyl-
CoA
Hierdoor kan acetyl-CoA zich verplaatsen van mitochondriën naar cytoplasma => VZ-synthese
doorgaat
Citraat: belangrijke metabole regulator
Energieleverende pathways w geïnhibeerd door citraat:
Citraat inhibeert glycolyse via fosfofructokinase-1
Citraat inhibeert KC onrechtstreeks via Pyruvaatdehydrogenase en rechtstreeks via
succinaatdehydrogenese
Citraat inhibeert VZ-oxidatie via carnitine palmitoyltransferase 1
Citraat stimuleert energie verbruikende pathways
Citraat activeert VZ-synthese via acetyl-CoA carboxylase
Krachtigste activator van fosfofructokinase-1 = fructose-2,6-difosfaat (zelfs als ATP/AMP hoog is)
p.12
Regulatie pyruvaatkinase
Katalyseert laatste irreversibele stap van glycolyse
W allosterisch geactiveerd door fructose-1,6-difosfatase = product van fosfofructokinasereactie
Pyruvaatkinase-activiteit afgestemd op fosfofructokinase-activiteit
De glycolyse en andere pathways
Pathways die intermediairen delen met glycolyse zijn
