He1senberg Samenvatting Universiteit Gent
Biochemie: metabolisme II
(C003369)
Academiejaar: 2022-2023
Lesgever(s): L. Meuris, (N. Callewaert)
,2
,Carbohydraten
Carbohydraten structuurchemie 04
Opbouw van glycanen vereist geactiveerde suiker-bouwstenen 07
Glycosyltransferasen 08
Eiwit-gebonden glycanen 08
Lipidenmetabolisme
Vet-vertering, absorptie en systemisch transport 10
Vetzuuroxidatie 12
Afbraak van vetzuren met dubbele binding of oneven aantal C-atomen 14
Ketogenese 16
Vetzuursynthese 16
Regulatie vetzuurmetabolisme en transport vetzuren in het lichaam 19
Synthese van complexe lipiden 22
Synthese van cholesterol 24
Regulatie en transport van cholesterol 27
Lipid bilayer, membraaneiwitten, membraanstructuur & biosynthese 29
Aminozuurmetabolisme
Eiwit-afbraak 32
Aminozuur-afbraak 34
Aminozuur-biosynthese & afgeleide 39
Enzymkinetiek 42
Nucleotidemetabolisme
Ribonucleotide synthese 48
Deoxyribonucleotide synthese 54
Afbraak van nucleotiden 57
Integratie van het energiemetabolisme
Zoogdieren energiemetabolisme: de “hardware” 58
Orgaanspecialisatie 62
Regulatie: de “software” 65
Pathologiën 71
Referenties
› Ufora PowerPoints
› 978-1-119-45166-2
3
, Hoofdstuk 1
Carbohydraten
Carbohydraten structuurchemie
Structuurchemie
Fisher projectie
D-monosacchariden te herleiden tot D-glyceraldehyde
Enkele aldosen (CHO; aldehydegroep)
D-Glucose (Glc) D-Ribose (Rib) D-Mannose (Man) D-Galactose (Gal)
Enkele ketosen (C=O; ketongroep)
D-ribulose D-Fructose
D/L: zegt iets specifiek over het stereogeen centrum dat het verst verwijderd is van de keton of
aldehyde functie in monosacchariden
R/S: heeft betrekking op de absolute configuratie rond een (gelijk welke) stereogeen centrum
(Stereo)isomeren
➢ Isomeer = zelfde moleculaire functie
➢ Stereoisomeer = zelfde moleculaire functie en zelfde volgorde van covalente bindingen
maar verschil in stereochemie
➢ Diastereomeren = stereomeren met verschillende configuratie rond minstens één
stereogeen centrum
▪ Enantiomeer = spiegelbeeld = stereoisomeren met verschillende configuratie rond alle
stereogene centra
▪ Epimeren = stereoisomeren met verschillende configuratie rond exact één stereogeen
centrum
4
,Ringvorming
Hemiacetal/hemiketal vorming (zie figuur)
Pyranose (6C) of furanose (5C) – Benaming enkel gebruikt in cyclisch vorm
Anomeer koolstof/centrum wordt nieuwe stereogeen centrum -> alfa of beta
Mutatrotatie
➢ Van alfa naar beta-vorm via lineaire vorm
➢ Is evenwichtsreactie
➢ Vanaf covalente binding niet meer mogelijk
Ringen zijn niet vlak
➢ Chair: meest stabiel \/\
➢ Boat: enzymatische reacties \__/
➢ Axiaal: OH’s uit het vlak
➢ Equatoriaal: OH’s in het vlak
➢ Sterische hindering vooral van belang
5
,Monosaccharidemodificaties
Oxidatie van de aldose (-onic acid) of primaire alcoholfunctie (-uronic acid)
D-gluconic acid / D-glucuronic acid /
D-gluconzuur D-glucuronzuur
Reductie -> deoxysuikers (zie verder, ribonucleotide reductase)
Amminatie
➢ geen localisatie in naamgeving (-amine) omdat vrijwel altijd op C2 plaatsvindt
➢ Aminogroep (NH2) vaak geacetyleerd
➢ Uitzondering: siaalzuur-derivaten (C9-suikers (Hexose + pyruvaat))
▪ Geacetyleerde aminegroep op C4
▪ Altijd Alfa-vorm
CH2OH CH2OH
H O H H O H
H H
OH H OH H
OH OH OH O OH
H NH2 H N C CH3
H
-D-glucosamine -D-N-acetylglucosamine
Glycoconjugaten
Biomoleculen die aan carbohydraten zijn gebonden
Koppeling aan het anomeer centrum = glycosidische binding
6
,Veel voorkomende disachariden
Reducerend/niet-reducerend
➢ Reducerend: als een unit nog een vrij anomeer koolstof bevat
➢ Niet-reducerend: omgekeerd, bv. Koppeling twee anomere centra
Lactose
➢ Reducerend suiker
➢ Galactose--1,4-glucose
➢ Lactose intolerantie
Sucrose
➢ Niet-reducerend suiker
➢ Glucose--1,2--Fructose
➢ Sucrose-mimics: artificiële zoetstoffen
➢ tra
Veel voorkomende polysachariden
Cellulose
➢ -1,4-glucose
➢ H-bruggen en stacking van ringen -> kristalijn
Chitine
➢ GlcNac--1,4-GlcNac (N-acetylglucosaminepolymeer)
➢ Geleedpotigen, schimmels en vis maar niet bij zoogdieren en planten
➢ Lichaamsvreemd voor zoogdieren -> immuunreactie
➢ Dieren hebben keratine (EW) in de plaats
Zetmeel
➢ Mengsel van amylose en amylopectine
▪ Amylose: -1,4-Glucose
▪ Amylopectine: -1,4-Glucose en -1,6 vertakkingen
• Gelijkaardig aan glycogeen maar minder vertakt
➢ Gebruikt als opslagmolecule in plaats van monomere vorm omdat het een lagere
osmotische druk heeft
➢ Afbraak: amylase, alfa-glycosidase, debranching enzyme
Glycosaminoglycanen
➢ Herhalende disaccharide; geoxideerd suiker + acetylaminezuur
➢ Component van extracellulaire matrix
➢ Steunverlenend
➢ Groeifactorgradiënt (schade detectie, immuuncellen)
➢ Vb. heparine (inhibeert bloedstolling) (Mastcellen)
Opbouw van glycanen vereist geactiveerde suiker-
bouwstenen
“Suikernucleotiden”-synthese
Geactiveerde monosaccharide (anomeer gefosforyleerd)
Glycosyltransferasen
Reactie van een geactiveerd monosaccharide met een nucleosidetrifosfaat
Netwerk van reacties, endo/exo-geen
Glycosylaties aan membranen
➢ Met behulp van polyprenolfosfaat-gebonden
monosacchariden
➢ (Dolichol-fosfaat)
➢ Bevat hydroob (ingebed in membraan)
▪ en hydrofiel deel (op oppervlak, gebonden met suiker)
7
,glycosyltransferasen
Glycosylatie: carbohydraatgroep aan een andere molecule
Glucosylatie: glucose aan een andere molecule
Glycatie: niet-enzymatische koppeling carbohydraten aan een biomolecule
Geactiveerd donor suiker + ROH acceptor suiker
➢ of , maar onveranderlijk
Eiwit-gebonden glycanen
“glycoproteïne” / “proteoglycaan”
Afhankelijk van welk deel grootst is
Glycoproteïnen (bv. N-,O- glycanen)
Proteoglycanen (bv. GAG's en
glycosylphosphatidylinositol ankers)
N-glycosylatie
N-glycanen = asparagine (asn) - verbonden oligosacchariden
Asn - X - thr/ser (waarbij X alle AZ behalve proline kan zijn)
N-glycaan synthese (=geconserveerde ER-gelokaliseerde pathway)
➢ Een oligosaccharide (met 9 mannose, 3 glucose en 2 GlcNAc-residuen) wordt
gesynthetiseerd op een lipide (dolichol) in het ER membraan (eerst cytosolair, vervolgens in
lumen)
➢ De oligosaccharide wordt gebonden aan de asn van een groeiend polypeptideketen die
gesynthetiseerd wordt door een ER-geassocieerd ribosoom (cotranslationeel).
➢ Sommige suikers worden verwijderd tijdens de processing, die begint in het lumen van het
ER en gaat verder in het Golgi. De enzymatische trimming wordt gekatalyseerd door
glucosidases en mannosidases
➢ Glycosyltransferases voegen (in het Golgi) andere monosaccharide eenheden toe zoals
GlcNAc, galactose, fucose en siaalzuur. Dit zorgt voor een zeer grote diversificatie
8
, Glyosylatie als quality-control mechanisme (In eukaryoten)
➢ De aanhechting van de oligosacharide verifieert dat het eiwit met succes wordt
getransloceerd van het cytosol naar het ER-lumen.
➢ De daaropvolgende verwijdering van de twee terminale glucoseresiduen stelt het eiwit in
staat om te interageren met een chaperonne die de gedeeltelijk verwerkte oligosaccharide
herkent.
➢ De membraangebonden chaperonne, calnexin genaamd, of het oplosbare homologe
calreticuline, bindt het onrijpe (uitgevouwen) glycoproteïne om het vouwen ervan te
vergemakkelijken en om het te beschermen tegen afbraak of vroegtijdige overdracht naar
het Golgi-apparaat.
➢ Nadat het opgevouwen glycoproteïne is vrijgesteld uit calnexin/calreticulin, gaat het door
de rest van de oligosaccharide-processing pathway.
➢ Een glycoproteïne dat vrijkomt voordat het zijn volwassen conformatie heeft aangenomen,
kan nog steeds de volgende stap van verwerking ondergaan, namelijk het verwijderen van
een ander glucoseresidu.
➢ Wanneer dit echter gebeurt, bevestigt een glycosyltransferase (dat alleen ontvouwde
glycoproteïnen herkent) een glucoseresidu aan het onrijpe oligosaccharide. (UGGT = GT =
UDP-Glc-gylcoprotein glucosyltransferase)
➢ Als gevolg hiervan kan het glycoproteïne opnieuw binden aan calnexin / calreticulin voor
een nieuwe kans om goed te vouwen
Drie klassen: “High mannose, “hybrid” & “complex” -type
O-glycosylatie
Mucine-type O-glycosylatie, meest voorkomende in zoogdieren
➢ GalNac als initiërend monosaccharide
➢ =("core-1" O-glycaan)
➢ Ser/Thr
Heel grote diversiteit door verschillende types core structuren,
➢ verlengingen en eindstandige structuren
Mucines in de secreten van slijmcellen
Slaan ER stadium over
Gebruiken zelfde enzymen als N-glycosylatie
De glycocalyx
Bedekking van cellen met glycoconjugaten
Cel-cel communicatie en interactie
Interactie met pathogenen
Modulatoren van glycoproteïne functionaliteit
Glycanen hoofdzakelijk hydrofiel
Bedekken eiwitoppervlak -> kunnen actief centrum bedekken bv.
9
Biochemie: metabolisme II
(C003369)
Academiejaar: 2022-2023
Lesgever(s): L. Meuris, (N. Callewaert)
,2
,Carbohydraten
Carbohydraten structuurchemie 04
Opbouw van glycanen vereist geactiveerde suiker-bouwstenen 07
Glycosyltransferasen 08
Eiwit-gebonden glycanen 08
Lipidenmetabolisme
Vet-vertering, absorptie en systemisch transport 10
Vetzuuroxidatie 12
Afbraak van vetzuren met dubbele binding of oneven aantal C-atomen 14
Ketogenese 16
Vetzuursynthese 16
Regulatie vetzuurmetabolisme en transport vetzuren in het lichaam 19
Synthese van complexe lipiden 22
Synthese van cholesterol 24
Regulatie en transport van cholesterol 27
Lipid bilayer, membraaneiwitten, membraanstructuur & biosynthese 29
Aminozuurmetabolisme
Eiwit-afbraak 32
Aminozuur-afbraak 34
Aminozuur-biosynthese & afgeleide 39
Enzymkinetiek 42
Nucleotidemetabolisme
Ribonucleotide synthese 48
Deoxyribonucleotide synthese 54
Afbraak van nucleotiden 57
Integratie van het energiemetabolisme
Zoogdieren energiemetabolisme: de “hardware” 58
Orgaanspecialisatie 62
Regulatie: de “software” 65
Pathologiën 71
Referenties
› Ufora PowerPoints
› 978-1-119-45166-2
3
, Hoofdstuk 1
Carbohydraten
Carbohydraten structuurchemie
Structuurchemie
Fisher projectie
D-monosacchariden te herleiden tot D-glyceraldehyde
Enkele aldosen (CHO; aldehydegroep)
D-Glucose (Glc) D-Ribose (Rib) D-Mannose (Man) D-Galactose (Gal)
Enkele ketosen (C=O; ketongroep)
D-ribulose D-Fructose
D/L: zegt iets specifiek over het stereogeen centrum dat het verst verwijderd is van de keton of
aldehyde functie in monosacchariden
R/S: heeft betrekking op de absolute configuratie rond een (gelijk welke) stereogeen centrum
(Stereo)isomeren
➢ Isomeer = zelfde moleculaire functie
➢ Stereoisomeer = zelfde moleculaire functie en zelfde volgorde van covalente bindingen
maar verschil in stereochemie
➢ Diastereomeren = stereomeren met verschillende configuratie rond minstens één
stereogeen centrum
▪ Enantiomeer = spiegelbeeld = stereoisomeren met verschillende configuratie rond alle
stereogene centra
▪ Epimeren = stereoisomeren met verschillende configuratie rond exact één stereogeen
centrum
4
,Ringvorming
Hemiacetal/hemiketal vorming (zie figuur)
Pyranose (6C) of furanose (5C) – Benaming enkel gebruikt in cyclisch vorm
Anomeer koolstof/centrum wordt nieuwe stereogeen centrum -> alfa of beta
Mutatrotatie
➢ Van alfa naar beta-vorm via lineaire vorm
➢ Is evenwichtsreactie
➢ Vanaf covalente binding niet meer mogelijk
Ringen zijn niet vlak
➢ Chair: meest stabiel \/\
➢ Boat: enzymatische reacties \__/
➢ Axiaal: OH’s uit het vlak
➢ Equatoriaal: OH’s in het vlak
➢ Sterische hindering vooral van belang
5
,Monosaccharidemodificaties
Oxidatie van de aldose (-onic acid) of primaire alcoholfunctie (-uronic acid)
D-gluconic acid / D-glucuronic acid /
D-gluconzuur D-glucuronzuur
Reductie -> deoxysuikers (zie verder, ribonucleotide reductase)
Amminatie
➢ geen localisatie in naamgeving (-amine) omdat vrijwel altijd op C2 plaatsvindt
➢ Aminogroep (NH2) vaak geacetyleerd
➢ Uitzondering: siaalzuur-derivaten (C9-suikers (Hexose + pyruvaat))
▪ Geacetyleerde aminegroep op C4
▪ Altijd Alfa-vorm
CH2OH CH2OH
H O H H O H
H H
OH H OH H
OH OH OH O OH
H NH2 H N C CH3
H
-D-glucosamine -D-N-acetylglucosamine
Glycoconjugaten
Biomoleculen die aan carbohydraten zijn gebonden
Koppeling aan het anomeer centrum = glycosidische binding
6
,Veel voorkomende disachariden
Reducerend/niet-reducerend
➢ Reducerend: als een unit nog een vrij anomeer koolstof bevat
➢ Niet-reducerend: omgekeerd, bv. Koppeling twee anomere centra
Lactose
➢ Reducerend suiker
➢ Galactose--1,4-glucose
➢ Lactose intolerantie
Sucrose
➢ Niet-reducerend suiker
➢ Glucose--1,2--Fructose
➢ Sucrose-mimics: artificiële zoetstoffen
➢ tra
Veel voorkomende polysachariden
Cellulose
➢ -1,4-glucose
➢ H-bruggen en stacking van ringen -> kristalijn
Chitine
➢ GlcNac--1,4-GlcNac (N-acetylglucosaminepolymeer)
➢ Geleedpotigen, schimmels en vis maar niet bij zoogdieren en planten
➢ Lichaamsvreemd voor zoogdieren -> immuunreactie
➢ Dieren hebben keratine (EW) in de plaats
Zetmeel
➢ Mengsel van amylose en amylopectine
▪ Amylose: -1,4-Glucose
▪ Amylopectine: -1,4-Glucose en -1,6 vertakkingen
• Gelijkaardig aan glycogeen maar minder vertakt
➢ Gebruikt als opslagmolecule in plaats van monomere vorm omdat het een lagere
osmotische druk heeft
➢ Afbraak: amylase, alfa-glycosidase, debranching enzyme
Glycosaminoglycanen
➢ Herhalende disaccharide; geoxideerd suiker + acetylaminezuur
➢ Component van extracellulaire matrix
➢ Steunverlenend
➢ Groeifactorgradiënt (schade detectie, immuuncellen)
➢ Vb. heparine (inhibeert bloedstolling) (Mastcellen)
Opbouw van glycanen vereist geactiveerde suiker-
bouwstenen
“Suikernucleotiden”-synthese
Geactiveerde monosaccharide (anomeer gefosforyleerd)
Glycosyltransferasen
Reactie van een geactiveerd monosaccharide met een nucleosidetrifosfaat
Netwerk van reacties, endo/exo-geen
Glycosylaties aan membranen
➢ Met behulp van polyprenolfosfaat-gebonden
monosacchariden
➢ (Dolichol-fosfaat)
➢ Bevat hydroob (ingebed in membraan)
▪ en hydrofiel deel (op oppervlak, gebonden met suiker)
7
,glycosyltransferasen
Glycosylatie: carbohydraatgroep aan een andere molecule
Glucosylatie: glucose aan een andere molecule
Glycatie: niet-enzymatische koppeling carbohydraten aan een biomolecule
Geactiveerd donor suiker + ROH acceptor suiker
➢ of , maar onveranderlijk
Eiwit-gebonden glycanen
“glycoproteïne” / “proteoglycaan”
Afhankelijk van welk deel grootst is
Glycoproteïnen (bv. N-,O- glycanen)
Proteoglycanen (bv. GAG's en
glycosylphosphatidylinositol ankers)
N-glycosylatie
N-glycanen = asparagine (asn) - verbonden oligosacchariden
Asn - X - thr/ser (waarbij X alle AZ behalve proline kan zijn)
N-glycaan synthese (=geconserveerde ER-gelokaliseerde pathway)
➢ Een oligosaccharide (met 9 mannose, 3 glucose en 2 GlcNAc-residuen) wordt
gesynthetiseerd op een lipide (dolichol) in het ER membraan (eerst cytosolair, vervolgens in
lumen)
➢ De oligosaccharide wordt gebonden aan de asn van een groeiend polypeptideketen die
gesynthetiseerd wordt door een ER-geassocieerd ribosoom (cotranslationeel).
➢ Sommige suikers worden verwijderd tijdens de processing, die begint in het lumen van het
ER en gaat verder in het Golgi. De enzymatische trimming wordt gekatalyseerd door
glucosidases en mannosidases
➢ Glycosyltransferases voegen (in het Golgi) andere monosaccharide eenheden toe zoals
GlcNAc, galactose, fucose en siaalzuur. Dit zorgt voor een zeer grote diversificatie
8
, Glyosylatie als quality-control mechanisme (In eukaryoten)
➢ De aanhechting van de oligosacharide verifieert dat het eiwit met succes wordt
getransloceerd van het cytosol naar het ER-lumen.
➢ De daaropvolgende verwijdering van de twee terminale glucoseresiduen stelt het eiwit in
staat om te interageren met een chaperonne die de gedeeltelijk verwerkte oligosaccharide
herkent.
➢ De membraangebonden chaperonne, calnexin genaamd, of het oplosbare homologe
calreticuline, bindt het onrijpe (uitgevouwen) glycoproteïne om het vouwen ervan te
vergemakkelijken en om het te beschermen tegen afbraak of vroegtijdige overdracht naar
het Golgi-apparaat.
➢ Nadat het opgevouwen glycoproteïne is vrijgesteld uit calnexin/calreticulin, gaat het door
de rest van de oligosaccharide-processing pathway.
➢ Een glycoproteïne dat vrijkomt voordat het zijn volwassen conformatie heeft aangenomen,
kan nog steeds de volgende stap van verwerking ondergaan, namelijk het verwijderen van
een ander glucoseresidu.
➢ Wanneer dit echter gebeurt, bevestigt een glycosyltransferase (dat alleen ontvouwde
glycoproteïnen herkent) een glucoseresidu aan het onrijpe oligosaccharide. (UGGT = GT =
UDP-Glc-gylcoprotein glucosyltransferase)
➢ Als gevolg hiervan kan het glycoproteïne opnieuw binden aan calnexin / calreticulin voor
een nieuwe kans om goed te vouwen
Drie klassen: “High mannose, “hybrid” & “complex” -type
O-glycosylatie
Mucine-type O-glycosylatie, meest voorkomende in zoogdieren
➢ GalNac als initiërend monosaccharide
➢ =("core-1" O-glycaan)
➢ Ser/Thr
Heel grote diversiteit door verschillende types core structuren,
➢ verlengingen en eindstandige structuren
Mucines in de secreten van slijmcellen
Slaan ER stadium over
Gebruiken zelfde enzymen als N-glycosylatie
De glycocalyx
Bedekking van cellen met glycoconjugaten
Cel-cel communicatie en interactie
Interactie met pathogenen
Modulatoren van glycoproteïne functionaliteit
Glycanen hoofdzakelijk hydrofiel
Bedekken eiwitoppervlak -> kunnen actief centrum bedekken bv.
9
