Samenvatting metabolisme
Hoofdstuk 1: glycolyse en gluconeogenese
Inleiding
Glycolyse = de sequentie van reacties dat één molecule glucose metaboliseert naar twee moleculen
pyruvaat samen met de productie van twee moleculen ATP -> katabole pathway
Gluconeogenese = het proces waarbij glucose wordt gesynthetiseerd startend van een precursor zoals
pyruvaat of lactaat -> anabole pathway
Glycolyse en gluconeogenese zijn niet gewoon het reversibele van elkaar.
Glucose als brandstofmolecule
Eerst moeten polysachariden worden omgezet naar monosachariden: zetmeel en glycogeen worden
omgezet naar glucose.
- Glucose komt liefst voor als ringstructuur en heeft dus geen vrije reactieve aldehydegroep (in
tegenstelling tot andere sachariden die liever in de open structuur voorkomen)
- Glycolyse heeft geen zuurstof nodig, er wordt ATP geproduceerd in anaerobe
omstandigheden, kan dus ook gebruikt worden door facultatief of obligaat anaeroben
- Glucose is enige brandstofmoleculen in hersenen onder ‘non-starvation’ condities en altijd de
enige in rode bloedcellen
Fermentatie versus complete oxidatie
Glucose gaat moeten omgezet worden in pyruvaat
(dit levert al een beetje ATP op), maar de
bedoeling is om daar nog meer ATP uit te kunnen
halen en dit gebeurt uit de oxidatie van pyruvaat
(in mitochondriën, CZC).
Anaeroben gaan het pyruvaat eerder fermenteren
in ethanol, maar ook wij kunnen anaeroob
mechanisme uitvoeren van pyruvaat -> omzetten
tot melkzuur (lactaat).
De beslissing wat er gebeurt met
glucose in de cel gebeurt altijd op het
Lot van glucose in verschillende weefsels niveau van glucose-6-fosfaat (G6P)
- Rode bloedcellen
o A, b, d is de glycolyse of in dit geval de glycolyse + fermentatie
naar lactaat -> hebben geen mitochondriën dus kunnen geen
oxidatieve fosforylatie doen
o Zijn volledig afhankelijk van glycolyse voor ATP
- Hersenen
o In de cellen zelf gebeurt niet heel veel dus ook de
hersenen zijn volledig afhankelijk van glucose
o Hersenen hebben wel mitochondriën dus kunnen wel
pyruvaat doorsturen naar citroenzuurcyclus
1
, - Hart en spieren
o Kunnen iets meer, dus kunnen pyruvaat aeroob
verbranden maar kunnen ook anaeroob omzetten tot
lactaat
o Lactaat wordt hier weer naar buiten gepompt om de cel
niet te veel te laten verzuren (verzuring zal glycolyse
beïnvloeden, zie later)
o Spiercellen kunnen ook glucose opslaan -> wordt vanuit
G6P opgeslagen in de vorm van glycogeen -> glycogeen kan
weer omgezet worden naar glucose wanneer het nodig is
- Vetweefsel
o Vetweefsel dient puur voor opslag van energie, dus gaan
uiteraard glycogeen maken om op te slaan maar gaan ook
pyruvaat dat uit de glycolyse komt niet gebruiken om ATP
te maken -> pyruvaat wordt via acetyl-CoA omgezet tot
vetzuren
- Lever
o Glycolyse, CZC en aerobe verbranding van pyruvaat zoals
in andere cellen ook hier aanwezig
o Kan ook in zeldzame condities anaeroob pyruvaat
omzetten tot lactaat
o Ook hier kan opslag van glycogeen gebeuren
o Lever kan nog een aantal andere dingen doen die
andere cellen niet kunnen -> pyruvaat omzetten naar
vet (in de vorm van VLDL), dit komt in de bloedbaan
terecht om te kunnen verdelen naar andere cellen
o Vooral specifiek dat je ziet is de pijl van pyruvaat naar
G6P -> de enige cellen in ons lichaam die deze
omgekeerde weg kunnen volgen van glycolyse
(gluconeogenese)
o De lever kan als enige orgaan ook glucose naar buiten
pompen -> als de bloedsuikers te laag worden dan gaan deze aangepast worden door
de lever om de RBC en hersenen te blijven voorzien van glucose
Opname van glucose in de cel via transporters
Glucose opname gebeurt altijd carrier gemoduleerd
1. Passief: met de diffusiegradiënt mee = gefacilliteerde diffusie -> GLUT transporters
2. Actief: tegen de diffusiegradiënt in = actief transport -> Na+/Glucose symporter
GLUT1 en GLUT3 hebben een Km die veel
lager is dan de concentratie van glucose, dus
gaan deze altijd tegen hun Vmax aanzitten ->
constant glucose transporteren.
GLUT2 heeft een veel hogere Km en gaat dus
een minimum snelheid hebben om glucose te
transporteren -> gaat bij een piek sneller gaan.
GLUT4 zit met een Km in de range van de
concentratie en hierdoor heeft de verandering van concentratie
een grote invloed op de werking van de transporter -> kleine
veranderingen hebben veel impact.
GLUT5 is een uitzondering, vooral voor fructose.
2
,Import van glucose wordt vooral gereguleerd door de membraanexpressie van
GLUT4 -> kan aan de buitenkant van de cel zitten (plasmamembraan), maar
wordt ook geëxocyteerd door een vesikel -> insuline gaat exocytose stimuleren
van de inactieve GLUT4 en gaan ze naar buiten transporteren om zo de glucose
weer op te nemen.
In darm en nier epitheel:
Na+/Glucose symporters zodat er
geen glucose verloren gaat in
stoelgang of urine.
Symporter -> gezamelijke import
van 2 molecules. Glucose wordt tegen de gradiënt
geïmporteerd en tegelijkertijd wordt natrium met de
gradiënt
geïmporteerd.
Natrium neemt glucose mee in de cel, hierdoor kost het geen
energie. Natrium wordt daarna naar buiten gepompt met
een Na/K-pomp kost de uiteindelijke beweging wel energie.
Eerst binding van natrium en dit zorgt voor een
conformatieverandering waardoor er een bindingsplaats
komt voor glucose -> deze binding zorgt voor sluiting
extracellulair en opening intracellulair en vervolgens worden
glucose en natrium losgelaten in de cel.
De glycolyse
Netto opbrengst is 2 ATPs:
2 geconsumeerd in fase 1
4 geproduceerd in fase 3
Fase 1: glucose omzetten in glucose-6-fosfaat
Fase 2: splitsen van de 6-suiker in 2 3-suikers
Fase 3: echte productie van ATP
3
, Fase 1: voorbereidingsfase
Hexokinase houdt glucose in de cel en start de glycolyse
Reactie gaat spontaan door want er is een negatieve ΔG, hierdoor evenwichtspijl naar rechts.
Deze stap is belangrijk want glucose kan binden aan de GLUT transporters, maar G6P kan dit niet, dus
zorgt ervoor dat je glucose vastzit in de cel -> vanaf hier ga je verder en hierdoor ga je dus telkens
vertrekken vanuit G6P.
Binding van glucose induceert een grote conformatie verandering van het enzym (induced-fit model).
Er wordt een pocket gevormd zodat H2O ATP niet kan hydrolyseren, ATP wordt dus gebruikt voor
transfer van fosfaatgroep.
Hexokinase kan eigenlijk alle hexosen verwerken, maar niet altijd even efficiënt
Xylose vergroot de kans op gewone ATP hydrolyse omdat water waarschijnlijk de plaats
mee inneemt van de ontbrekende CH2OH groep.
De bindingspocket gaat nog een klein beetje water hebben als xylose bindt, want deze
heeft een andere groep en gaat dus minder efficiënt zijn voor hexokinase.
Fosfogluco-isomerase
Reactie is in evenwicht en
reversibel.
Gaat in 2 stappen, eerst naar
open vorm aldehydegroep en
vervolgens naar open vorm
ketongroep.
Mechanisme van fosfogluco-
isomerase: reactie via cis-enediol
intermediair, zuur base
mechanisme
Fosfofructokinase (PFK)
Committed step van glycolyse!
- Doorgaande reactie omdat je ATP gebruikt en dus je ΔG negatief wordt.
- Committed step houdt in dat je hier je point of no return hebt -> isomerisatie is nog
reversibel maar F-1,6-BP kan niet meer omgezet worden naar F6P dus zit je vanaf hier vast
aan de glycolyse
4
Hoofdstuk 1: glycolyse en gluconeogenese
Inleiding
Glycolyse = de sequentie van reacties dat één molecule glucose metaboliseert naar twee moleculen
pyruvaat samen met de productie van twee moleculen ATP -> katabole pathway
Gluconeogenese = het proces waarbij glucose wordt gesynthetiseerd startend van een precursor zoals
pyruvaat of lactaat -> anabole pathway
Glycolyse en gluconeogenese zijn niet gewoon het reversibele van elkaar.
Glucose als brandstofmolecule
Eerst moeten polysachariden worden omgezet naar monosachariden: zetmeel en glycogeen worden
omgezet naar glucose.
- Glucose komt liefst voor als ringstructuur en heeft dus geen vrije reactieve aldehydegroep (in
tegenstelling tot andere sachariden die liever in de open structuur voorkomen)
- Glycolyse heeft geen zuurstof nodig, er wordt ATP geproduceerd in anaerobe
omstandigheden, kan dus ook gebruikt worden door facultatief of obligaat anaeroben
- Glucose is enige brandstofmoleculen in hersenen onder ‘non-starvation’ condities en altijd de
enige in rode bloedcellen
Fermentatie versus complete oxidatie
Glucose gaat moeten omgezet worden in pyruvaat
(dit levert al een beetje ATP op), maar de
bedoeling is om daar nog meer ATP uit te kunnen
halen en dit gebeurt uit de oxidatie van pyruvaat
(in mitochondriën, CZC).
Anaeroben gaan het pyruvaat eerder fermenteren
in ethanol, maar ook wij kunnen anaeroob
mechanisme uitvoeren van pyruvaat -> omzetten
tot melkzuur (lactaat).
De beslissing wat er gebeurt met
glucose in de cel gebeurt altijd op het
Lot van glucose in verschillende weefsels niveau van glucose-6-fosfaat (G6P)
- Rode bloedcellen
o A, b, d is de glycolyse of in dit geval de glycolyse + fermentatie
naar lactaat -> hebben geen mitochondriën dus kunnen geen
oxidatieve fosforylatie doen
o Zijn volledig afhankelijk van glycolyse voor ATP
- Hersenen
o In de cellen zelf gebeurt niet heel veel dus ook de
hersenen zijn volledig afhankelijk van glucose
o Hersenen hebben wel mitochondriën dus kunnen wel
pyruvaat doorsturen naar citroenzuurcyclus
1
, - Hart en spieren
o Kunnen iets meer, dus kunnen pyruvaat aeroob
verbranden maar kunnen ook anaeroob omzetten tot
lactaat
o Lactaat wordt hier weer naar buiten gepompt om de cel
niet te veel te laten verzuren (verzuring zal glycolyse
beïnvloeden, zie later)
o Spiercellen kunnen ook glucose opslaan -> wordt vanuit
G6P opgeslagen in de vorm van glycogeen -> glycogeen kan
weer omgezet worden naar glucose wanneer het nodig is
- Vetweefsel
o Vetweefsel dient puur voor opslag van energie, dus gaan
uiteraard glycogeen maken om op te slaan maar gaan ook
pyruvaat dat uit de glycolyse komt niet gebruiken om ATP
te maken -> pyruvaat wordt via acetyl-CoA omgezet tot
vetzuren
- Lever
o Glycolyse, CZC en aerobe verbranding van pyruvaat zoals
in andere cellen ook hier aanwezig
o Kan ook in zeldzame condities anaeroob pyruvaat
omzetten tot lactaat
o Ook hier kan opslag van glycogeen gebeuren
o Lever kan nog een aantal andere dingen doen die
andere cellen niet kunnen -> pyruvaat omzetten naar
vet (in de vorm van VLDL), dit komt in de bloedbaan
terecht om te kunnen verdelen naar andere cellen
o Vooral specifiek dat je ziet is de pijl van pyruvaat naar
G6P -> de enige cellen in ons lichaam die deze
omgekeerde weg kunnen volgen van glycolyse
(gluconeogenese)
o De lever kan als enige orgaan ook glucose naar buiten
pompen -> als de bloedsuikers te laag worden dan gaan deze aangepast worden door
de lever om de RBC en hersenen te blijven voorzien van glucose
Opname van glucose in de cel via transporters
Glucose opname gebeurt altijd carrier gemoduleerd
1. Passief: met de diffusiegradiënt mee = gefacilliteerde diffusie -> GLUT transporters
2. Actief: tegen de diffusiegradiënt in = actief transport -> Na+/Glucose symporter
GLUT1 en GLUT3 hebben een Km die veel
lager is dan de concentratie van glucose, dus
gaan deze altijd tegen hun Vmax aanzitten ->
constant glucose transporteren.
GLUT2 heeft een veel hogere Km en gaat dus
een minimum snelheid hebben om glucose te
transporteren -> gaat bij een piek sneller gaan.
GLUT4 zit met een Km in de range van de
concentratie en hierdoor heeft de verandering van concentratie
een grote invloed op de werking van de transporter -> kleine
veranderingen hebben veel impact.
GLUT5 is een uitzondering, vooral voor fructose.
2
,Import van glucose wordt vooral gereguleerd door de membraanexpressie van
GLUT4 -> kan aan de buitenkant van de cel zitten (plasmamembraan), maar
wordt ook geëxocyteerd door een vesikel -> insuline gaat exocytose stimuleren
van de inactieve GLUT4 en gaan ze naar buiten transporteren om zo de glucose
weer op te nemen.
In darm en nier epitheel:
Na+/Glucose symporters zodat er
geen glucose verloren gaat in
stoelgang of urine.
Symporter -> gezamelijke import
van 2 molecules. Glucose wordt tegen de gradiënt
geïmporteerd en tegelijkertijd wordt natrium met de
gradiënt
geïmporteerd.
Natrium neemt glucose mee in de cel, hierdoor kost het geen
energie. Natrium wordt daarna naar buiten gepompt met
een Na/K-pomp kost de uiteindelijke beweging wel energie.
Eerst binding van natrium en dit zorgt voor een
conformatieverandering waardoor er een bindingsplaats
komt voor glucose -> deze binding zorgt voor sluiting
extracellulair en opening intracellulair en vervolgens worden
glucose en natrium losgelaten in de cel.
De glycolyse
Netto opbrengst is 2 ATPs:
2 geconsumeerd in fase 1
4 geproduceerd in fase 3
Fase 1: glucose omzetten in glucose-6-fosfaat
Fase 2: splitsen van de 6-suiker in 2 3-suikers
Fase 3: echte productie van ATP
3
, Fase 1: voorbereidingsfase
Hexokinase houdt glucose in de cel en start de glycolyse
Reactie gaat spontaan door want er is een negatieve ΔG, hierdoor evenwichtspijl naar rechts.
Deze stap is belangrijk want glucose kan binden aan de GLUT transporters, maar G6P kan dit niet, dus
zorgt ervoor dat je glucose vastzit in de cel -> vanaf hier ga je verder en hierdoor ga je dus telkens
vertrekken vanuit G6P.
Binding van glucose induceert een grote conformatie verandering van het enzym (induced-fit model).
Er wordt een pocket gevormd zodat H2O ATP niet kan hydrolyseren, ATP wordt dus gebruikt voor
transfer van fosfaatgroep.
Hexokinase kan eigenlijk alle hexosen verwerken, maar niet altijd even efficiënt
Xylose vergroot de kans op gewone ATP hydrolyse omdat water waarschijnlijk de plaats
mee inneemt van de ontbrekende CH2OH groep.
De bindingspocket gaat nog een klein beetje water hebben als xylose bindt, want deze
heeft een andere groep en gaat dus minder efficiënt zijn voor hexokinase.
Fosfogluco-isomerase
Reactie is in evenwicht en
reversibel.
Gaat in 2 stappen, eerst naar
open vorm aldehydegroep en
vervolgens naar open vorm
ketongroep.
Mechanisme van fosfogluco-
isomerase: reactie via cis-enediol
intermediair, zuur base
mechanisme
Fosfofructokinase (PFK)
Committed step van glycolyse!
- Doorgaande reactie omdat je ATP gebruikt en dus je ΔG negatief wordt.
- Committed step houdt in dat je hier je point of no return hebt -> isomerisatie is nog
reversibel maar F-1,6-BP kan niet meer omgezet worden naar F6P dus zit je vanaf hier vast
aan de glycolyse
4
