Metabolisme Samenvatting
Inhoud
1 Bio-energetica...................................................................................................................................14
1.1 De energetische logica van het leven.........................................................................................14
1.1.1 Energieproductie en consumptie in het metabolisme.........................................................14
1.1.1.1 Levende organismen zijn nooit in evenwicht met hun omgeving.................................14
1.1.1.2 Levende organismen zijn open systemen die energie en materie uit hun omgeving
transformeren..........................................................................................................................14
1.1.1.3 Fotosynthese en respiratie...........................................................................................14
1.1.1.4 De flow van elektronen voorziet in de energie van organismen...................................14
1.1.1.5 Energetische koppeling verbindt reacties met elkaar...................................................14
1.1.1.6 Energie wordt tijdelijk opgeslagen in geactiveerde carriers..........................................14
1.1.1.7 Enzymen bevorderen ketens van reacties....................................................................15
1.1.1.8 Metabolisme wordt geregeld om balans en zuinigheid te bevorderen........................15
1.2 Thermodynamische basisprincipes van de bio-energetica.........................................................15
1.2.1 Waarom thermodynamica bestuderen?..............................................................................15
1.2.2 Biologische energieomzettingen gehoorzamen de wetten van de thermodynamica..........15
1.2.2.1 Basisbegrippen en terminologie...................................................................................15
1.2.2.2 Thermodynamische situering van het leven.................................................................15
1.2.2.3 Biologische orde en de tweede wet van de thermodynamica......................................15
1.2.2.4 Biologische energieomzettingen en de eerste wet van de thermodynamica...............16
1.2.2.5 Vrije energie – een hypothetisch begrip maar een zeer nuttig hulpmiddel..................16
1.3 Fosforylgroeptransfers en ATP...................................................................................................17
1.3.1 ATP vormt link tussen energieproductie en energieverbruik...............................................17
1.3.1.1 Vorming en consumptie van ATP – een overzicht.........................................................17
1.3.2 De deltaG voor hydrolyse van ATP is groot en negatief.......................................................17
1.3.3 Bepaalde andere gefosforyleerde verbindingen en thioesters hebben ook een sterk
negatieve deltaG voor hydrolyse..................................................................................................18
1.3.3.1 Energierijke verbindingen – structurele verklaring.......................................................18
1.3.3.2 Energierijke fosfaten vormen een soort energiemunt van de cel.................................18
1.3.3.3 Groeptransferpotentiaal en andere transferpotentialen..............................................18
1.3.4 ATP levert energie door groeptransfers, niet door eenvoudige hydrolyse..........................18
1.4 Biologische redoxreacties...........................................................................................................18
1.4.1 De flow van elektronen kan biologische arbeid verrichten..................................................19
1.4.2 Biologische oxidaties zijn vaak dehydrogeneringen.............................................................19
, 1.4.3 Cellulaire oxidatie van glucose tot CO2 vereist gespecialiseerde elektroncarriers..............19
1.4.4 Een aantal co-enzymen en eiwitten fungeren als universele elektroncarriers.....................19
1.4.5 NADH en NADPH werken met dehydrogenasen als oplosbare elektroncarriers..................19
1.4.6 Flavinenucleotiden zijn sterk gebonden aan flavoproteinen...............................................20
2 Enzymen............................................................................................................................................20
2.1 Algemene inleiding.....................................................................................................................20
2.1.1 Wat zijn enzymen?..............................................................................................................20
2.1.2 Typische eigenschappen van enzymen: katalytische sterkte, specificiteit en regeling.......20
2.1.2.1 Katalytische sterkte.......................................................................................................20
2.1.2.2 Bijzondere specificiteit..................................................................................................20
2.1.2.3 Regelbaarheid van de katalytische werking..................................................................20
2.1.3 De meeste enzymen zijn eiwitten.......................................................................................20
2.1.4 Nomenclatuur van enzymen...............................................................................................21
2.1.5 Opbouw van enzymen........................................................................................................21
2.2 Werkingsmechanismen van enzymen........................................................................................21
2.2.1 Thermodynamische beschouwingen..................................................................................21
2.2.2 Hoe kan een enzym een reactie versnellen?.......................................................................21
2.2.2.1 Het optimaal binden van een enzym aan het reagens in transitietoestand draagt op
zichzelf al sterk bij tot katalyse.................................................................................................21
2.2.2.2 Bindingsenergie draagt bij tot het overwinnen van allerlei obstakels die een reactie
belemmeren.............................................................................................................................21
2.2.2.3 De aminozuurzijketens in de actieve site zijn van cruciaal belang voor verschillende
katalytische mechanismen........................................................................................................22
2.3 Enzymkinetiek.............................................................................................................................22
2.3.1 De Michaelis-Mentenvergelijking.......................................................................................22
2.3.2 Kinetische parameters kunnen uit de Michaelis-Mentenvergelijking worden afgeleid en
leveren nuttige informatie ivm de kinetische eigenschappen van een enzym.............................23
2.3.3 Inhibitie van enzymen.........................................................................................................23
2.3.3.1 Competitieve inhibitie...................................................................................................23
2.3.3.2 Non-competitieve inhibitie...........................................................................................23
2.3.3.3 Oncompetitieve inhibitie..............................................................................................23
2.3.3.4 Irreversibele inhibitie....................................................................................................23
2.3.4 Factoren die de gekatalyseerde reactiesnelheid beinvloeden............................................23
2.3.4.1 Substraatconcentratie..................................................................................................23
2.3.4.2 Temperatuur.................................................................................................................24
2.3.4.3 pH.................................................................................................................................24
2.4 Regeling van enzymactiviteit......................................................................................................24
, 2.4.1 Allosterische regeling..........................................................................................................24
2.4.1.1 Wat is allosterie?..........................................................................................................24
2.4.1.2 Kinetiek van allosterische enzymen..............................................................................24
2.4.1.3 Het geconcerteerd model en het sequentieel model van allosterie.............................24
2.4.2 Regeling door fosforylering.................................................................................................24
2.4.3 Regeling door proteolyse....................................................................................................25
2.4.4 Regeling door G-proteinen..................................................................................................25
2.4.5 Regeling door genexpressie................................................................................................25
2.4.6 Regeling door compartimentalisatie...................................................................................25
2.4.7 Expressie van verschillende isozymen naargelang orgaan..................................................26
2.4.8 Multi-enzymencomplexen..................................................................................................26
2.5 Klinisch belang van enzymen......................................................................................................26
2.5.1 Diagnostiek.........................................................................................................................26
2.5.2 Inhibitoren als GM..............................................................................................................26
2.5.3 Enzymen als GM..................................................................................................................26
2.5.4 Mutaties in enzymen bij ziekten.........................................................................................26
2.5.4.1 Ziekten veroorzaakt door activering of inhibitie van enzymen of door toxische
enzymen (toxinen) externe factoren.......................................................................................26
3 Glycolyse en fermentatie...................................................................................................................26
3.1 Algemene inleiding tot metabolisme..........................................................................................26
3.2 Glycolyse.....................................................................................................................................27
3.2.1 Overzicht van de pathway...................................................................................................27
3.2.1.1 De glycolyse verloopt strategisch in twee fasen...........................................................27
3.2.1.2 De oxiderende kracht van NAD moet worden gerecycleerd.........................................28
3.2.2 De stappen van de glycolyse...............................................................................................28
3.2.2.1 Hexokinasereactie.........................................................................................................28
3.2.2.2 Fosfoglucose-isomerase................................................................................................28
3.2.2.3 Fosfofructokinase.........................................................................................................28
3.2.2.4 Aldolase........................................................................................................................28
3.2.2.5 Triosefosfaatisomerase.................................................................................................28
3.2.2.6 Glyceraldehyde-3-fosfaatdehydrogenase.....................................................................28
3.2.2.7 Fosfoglyceraatkinase.....................................................................................................29
3.2.2.8 Fosfoglyceraatmutase...................................................................................................29
3.2.2.9 Enolase..........................................................................................................................29
3.2.2.10 Pyruvaatkinase............................................................................................................29
3.2.3 De energiebalans van de glycolyse toont een nettowinst van ATP.....................................29
, 3.3 De mogelijke omzettingen van pyruvaat....................................................................................29
3.3.1 Omzetting naar lactaat in de melkzuurfermentatie............................................................29
3.3.1.1 Overzicht.......................................................................................................................29
3.3.1.2 Belang van melkzuurfermentatie bij mens en dier.......................................................29
3.3.2 Omzetting naar ethanol in de alcoholfermentatie..............................................................30
3.3.3 Omzetting van pyruvaat naar acetyl CoA............................................................................30
3.3.4 Omzetting van pyruvaat naar oxaalazijnzuur (OAZ)............................................................30
3.4 Toevoerwegen naar de glycolyse................................................................................................30
3.4.1 Glycogeen (opgeslagen in cellen) wordt afgebroken door fosforylase...............................30
3.4.2 Monosachariden kunnen in de glycolyse worden verwerkt via verschillende intredepunten
......................................................................................................................................................30
3.4.2.1 Fructose........................................................................................................................30
3.4.2.2 Galactose......................................................................................................................30
3.4.2.3 Mannose.......................................................................................................................30
3.4.2.4 Glycerol.........................................................................................................................31
3.4.3 Polysachariden en disachariden worden eerst gehydrolyseerd tot monosachariden en
kunnen daarna worden verwerkt in de glycolyse.........................................................................31
4 Acetyl-COA-productiemechanismen en de krebscyclus.....................................................................31
4.1 Algemene inleiding.....................................................................................................................31
4.2 Acetyl-CoA-productiemechanismen...........................................................................................31
4.2.1 Aanmaak van acetyl-CoA uit pyruvaat................................................................................31
4.2.1.1 Pyruvaat wordt geoxideerd tot acetyl-CoA en CO 2.......................................................31
4.2.1.2 Het PDH-complex heeft vijf co-enzymen nodig.............................................................32
4.2.1.3 Werking van het PDH-complex: overzicht.....................................................................32
4.2.1.4 Werking van het PDH-complex: stap voor stap.............................................................32
4.2.2 De beta-oxidatie van de vetzuren.......................................................................................32
4.2.3 Aanmaak van acetyl-CoA uit ethanol...................................................................................33
4.3 Overzicht van de Krebscyclus......................................................................................................33
4.4 De stappen van de Krebscyclus...................................................................................................33
4.4.1 De citraatsynthasereactie....................................................................................................33
4.4.2 De aconitasereactie.............................................................................................................33
4.4.3 De isocitraatdehydrogenasereactie.....................................................................................33
4.4.4 De alfa-ketoglutaarzuurdehydrogenasereactie...................................................................34
4.4.5 De succinyl-CoA-synthetasereactie......................................................................................34
4.4.6 De succinaatdehydrogenasereactie.....................................................................................34
4.4.7 De fumarasereactie..............................................................................................................34
Inhoud
1 Bio-energetica...................................................................................................................................14
1.1 De energetische logica van het leven.........................................................................................14
1.1.1 Energieproductie en consumptie in het metabolisme.........................................................14
1.1.1.1 Levende organismen zijn nooit in evenwicht met hun omgeving.................................14
1.1.1.2 Levende organismen zijn open systemen die energie en materie uit hun omgeving
transformeren..........................................................................................................................14
1.1.1.3 Fotosynthese en respiratie...........................................................................................14
1.1.1.4 De flow van elektronen voorziet in de energie van organismen...................................14
1.1.1.5 Energetische koppeling verbindt reacties met elkaar...................................................14
1.1.1.6 Energie wordt tijdelijk opgeslagen in geactiveerde carriers..........................................14
1.1.1.7 Enzymen bevorderen ketens van reacties....................................................................15
1.1.1.8 Metabolisme wordt geregeld om balans en zuinigheid te bevorderen........................15
1.2 Thermodynamische basisprincipes van de bio-energetica.........................................................15
1.2.1 Waarom thermodynamica bestuderen?..............................................................................15
1.2.2 Biologische energieomzettingen gehoorzamen de wetten van de thermodynamica..........15
1.2.2.1 Basisbegrippen en terminologie...................................................................................15
1.2.2.2 Thermodynamische situering van het leven.................................................................15
1.2.2.3 Biologische orde en de tweede wet van de thermodynamica......................................15
1.2.2.4 Biologische energieomzettingen en de eerste wet van de thermodynamica...............16
1.2.2.5 Vrije energie – een hypothetisch begrip maar een zeer nuttig hulpmiddel..................16
1.3 Fosforylgroeptransfers en ATP...................................................................................................17
1.3.1 ATP vormt link tussen energieproductie en energieverbruik...............................................17
1.3.1.1 Vorming en consumptie van ATP – een overzicht.........................................................17
1.3.2 De deltaG voor hydrolyse van ATP is groot en negatief.......................................................17
1.3.3 Bepaalde andere gefosforyleerde verbindingen en thioesters hebben ook een sterk
negatieve deltaG voor hydrolyse..................................................................................................18
1.3.3.1 Energierijke verbindingen – structurele verklaring.......................................................18
1.3.3.2 Energierijke fosfaten vormen een soort energiemunt van de cel.................................18
1.3.3.3 Groeptransferpotentiaal en andere transferpotentialen..............................................18
1.3.4 ATP levert energie door groeptransfers, niet door eenvoudige hydrolyse..........................18
1.4 Biologische redoxreacties...........................................................................................................18
1.4.1 De flow van elektronen kan biologische arbeid verrichten..................................................19
1.4.2 Biologische oxidaties zijn vaak dehydrogeneringen.............................................................19
, 1.4.3 Cellulaire oxidatie van glucose tot CO2 vereist gespecialiseerde elektroncarriers..............19
1.4.4 Een aantal co-enzymen en eiwitten fungeren als universele elektroncarriers.....................19
1.4.5 NADH en NADPH werken met dehydrogenasen als oplosbare elektroncarriers..................19
1.4.6 Flavinenucleotiden zijn sterk gebonden aan flavoproteinen...............................................20
2 Enzymen............................................................................................................................................20
2.1 Algemene inleiding.....................................................................................................................20
2.1.1 Wat zijn enzymen?..............................................................................................................20
2.1.2 Typische eigenschappen van enzymen: katalytische sterkte, specificiteit en regeling.......20
2.1.2.1 Katalytische sterkte.......................................................................................................20
2.1.2.2 Bijzondere specificiteit..................................................................................................20
2.1.2.3 Regelbaarheid van de katalytische werking..................................................................20
2.1.3 De meeste enzymen zijn eiwitten.......................................................................................20
2.1.4 Nomenclatuur van enzymen...............................................................................................21
2.1.5 Opbouw van enzymen........................................................................................................21
2.2 Werkingsmechanismen van enzymen........................................................................................21
2.2.1 Thermodynamische beschouwingen..................................................................................21
2.2.2 Hoe kan een enzym een reactie versnellen?.......................................................................21
2.2.2.1 Het optimaal binden van een enzym aan het reagens in transitietoestand draagt op
zichzelf al sterk bij tot katalyse.................................................................................................21
2.2.2.2 Bindingsenergie draagt bij tot het overwinnen van allerlei obstakels die een reactie
belemmeren.............................................................................................................................21
2.2.2.3 De aminozuurzijketens in de actieve site zijn van cruciaal belang voor verschillende
katalytische mechanismen........................................................................................................22
2.3 Enzymkinetiek.............................................................................................................................22
2.3.1 De Michaelis-Mentenvergelijking.......................................................................................22
2.3.2 Kinetische parameters kunnen uit de Michaelis-Mentenvergelijking worden afgeleid en
leveren nuttige informatie ivm de kinetische eigenschappen van een enzym.............................23
2.3.3 Inhibitie van enzymen.........................................................................................................23
2.3.3.1 Competitieve inhibitie...................................................................................................23
2.3.3.2 Non-competitieve inhibitie...........................................................................................23
2.3.3.3 Oncompetitieve inhibitie..............................................................................................23
2.3.3.4 Irreversibele inhibitie....................................................................................................23
2.3.4 Factoren die de gekatalyseerde reactiesnelheid beinvloeden............................................23
2.3.4.1 Substraatconcentratie..................................................................................................23
2.3.4.2 Temperatuur.................................................................................................................24
2.3.4.3 pH.................................................................................................................................24
2.4 Regeling van enzymactiviteit......................................................................................................24
, 2.4.1 Allosterische regeling..........................................................................................................24
2.4.1.1 Wat is allosterie?..........................................................................................................24
2.4.1.2 Kinetiek van allosterische enzymen..............................................................................24
2.4.1.3 Het geconcerteerd model en het sequentieel model van allosterie.............................24
2.4.2 Regeling door fosforylering.................................................................................................24
2.4.3 Regeling door proteolyse....................................................................................................25
2.4.4 Regeling door G-proteinen..................................................................................................25
2.4.5 Regeling door genexpressie................................................................................................25
2.4.6 Regeling door compartimentalisatie...................................................................................25
2.4.7 Expressie van verschillende isozymen naargelang orgaan..................................................26
2.4.8 Multi-enzymencomplexen..................................................................................................26
2.5 Klinisch belang van enzymen......................................................................................................26
2.5.1 Diagnostiek.........................................................................................................................26
2.5.2 Inhibitoren als GM..............................................................................................................26
2.5.3 Enzymen als GM..................................................................................................................26
2.5.4 Mutaties in enzymen bij ziekten.........................................................................................26
2.5.4.1 Ziekten veroorzaakt door activering of inhibitie van enzymen of door toxische
enzymen (toxinen) externe factoren.......................................................................................26
3 Glycolyse en fermentatie...................................................................................................................26
3.1 Algemene inleiding tot metabolisme..........................................................................................26
3.2 Glycolyse.....................................................................................................................................27
3.2.1 Overzicht van de pathway...................................................................................................27
3.2.1.1 De glycolyse verloopt strategisch in twee fasen...........................................................27
3.2.1.2 De oxiderende kracht van NAD moet worden gerecycleerd.........................................28
3.2.2 De stappen van de glycolyse...............................................................................................28
3.2.2.1 Hexokinasereactie.........................................................................................................28
3.2.2.2 Fosfoglucose-isomerase................................................................................................28
3.2.2.3 Fosfofructokinase.........................................................................................................28
3.2.2.4 Aldolase........................................................................................................................28
3.2.2.5 Triosefosfaatisomerase.................................................................................................28
3.2.2.6 Glyceraldehyde-3-fosfaatdehydrogenase.....................................................................28
3.2.2.7 Fosfoglyceraatkinase.....................................................................................................29
3.2.2.8 Fosfoglyceraatmutase...................................................................................................29
3.2.2.9 Enolase..........................................................................................................................29
3.2.2.10 Pyruvaatkinase............................................................................................................29
3.2.3 De energiebalans van de glycolyse toont een nettowinst van ATP.....................................29
, 3.3 De mogelijke omzettingen van pyruvaat....................................................................................29
3.3.1 Omzetting naar lactaat in de melkzuurfermentatie............................................................29
3.3.1.1 Overzicht.......................................................................................................................29
3.3.1.2 Belang van melkzuurfermentatie bij mens en dier.......................................................29
3.3.2 Omzetting naar ethanol in de alcoholfermentatie..............................................................30
3.3.3 Omzetting van pyruvaat naar acetyl CoA............................................................................30
3.3.4 Omzetting van pyruvaat naar oxaalazijnzuur (OAZ)............................................................30
3.4 Toevoerwegen naar de glycolyse................................................................................................30
3.4.1 Glycogeen (opgeslagen in cellen) wordt afgebroken door fosforylase...............................30
3.4.2 Monosachariden kunnen in de glycolyse worden verwerkt via verschillende intredepunten
......................................................................................................................................................30
3.4.2.1 Fructose........................................................................................................................30
3.4.2.2 Galactose......................................................................................................................30
3.4.2.3 Mannose.......................................................................................................................30
3.4.2.4 Glycerol.........................................................................................................................31
3.4.3 Polysachariden en disachariden worden eerst gehydrolyseerd tot monosachariden en
kunnen daarna worden verwerkt in de glycolyse.........................................................................31
4 Acetyl-COA-productiemechanismen en de krebscyclus.....................................................................31
4.1 Algemene inleiding.....................................................................................................................31
4.2 Acetyl-CoA-productiemechanismen...........................................................................................31
4.2.1 Aanmaak van acetyl-CoA uit pyruvaat................................................................................31
4.2.1.1 Pyruvaat wordt geoxideerd tot acetyl-CoA en CO 2.......................................................31
4.2.1.2 Het PDH-complex heeft vijf co-enzymen nodig.............................................................32
4.2.1.3 Werking van het PDH-complex: overzicht.....................................................................32
4.2.1.4 Werking van het PDH-complex: stap voor stap.............................................................32
4.2.2 De beta-oxidatie van de vetzuren.......................................................................................32
4.2.3 Aanmaak van acetyl-CoA uit ethanol...................................................................................33
4.3 Overzicht van de Krebscyclus......................................................................................................33
4.4 De stappen van de Krebscyclus...................................................................................................33
4.4.1 De citraatsynthasereactie....................................................................................................33
4.4.2 De aconitasereactie.............................................................................................................33
4.4.3 De isocitraatdehydrogenasereactie.....................................................................................33
4.4.4 De alfa-ketoglutaarzuurdehydrogenasereactie...................................................................34
4.4.5 De succinyl-CoA-synthetasereactie......................................................................................34
4.4.6 De succinaatdehydrogenasereactie.....................................................................................34
4.4.7 De fumarasereactie..............................................................................................................34
