Medische en klinische biochemie
I. Introductie tot het intermediair metabolisme
1. Metabole brandstoffen en voedingsbestanddelen
• Verteringsproducten in bloed à weefsels à opname door cellen à oxidatie voor energie
• Overmaat opgeslagen als triacylglycerol in vetweefsel, glycogeen in spier en lever en als
proteïne in de spieren
• Voeding: brandstoffen + precursoren (essentiële vetzuren en aminozuren)
1.1. Brandstoffen uit de voeding
• Oxidatie tot CO2 en H2O à ATP (= universele brandstofleverancier door hoogenergetische
fosfaatbinding) + warmte
• ATP-ADP cyclus
1.1.1. De bio-energetica van de cel
• 95% zuurstof nodig voor oxidatie tot ATP (catabole reactie)
• Thermodynamica
1.1.2. Energie uit de hoog-energetische fosfaatbinding
• Covalente binding, gemakkelijk gebroken bij de hydrolyse
• Fosfaatgroepen: - lading à afstoten à spanning
• Water: hydrolyse à fosfaat is stabiel door resonantievormen à producten lagere vrije
energie dan substraten à voorwaartse richting
• ΔG°’ = negatief, -7/8 kcal/mol
1.1.3. De relatie tussen de 𝚫G°’ en de concentratie van substraten en producten
• Negatieve ΔG°’ à reactie in voorwaartse richting
• Snelheid reactie: enzym (hoeveelheid) + activatie-energie
• Hoe verder een reactie van zijn evenwicht verwijderd is, hoe meer energie er vrijkomt of
moet toegevoegd worden om dit thermodynamisch evenwicht te bereiken.
1.1.4. Energietransformaties om arbeid te verrichten
• Positieve ΔG°’ à gekoppeld aan hydrolyse van de energierijke fosfaatbinding à gewenste
richting
Ø Biosynthese van grotere moleculen
• Anabole reactie: kleine bouwstenen à grote moleculen à niet gunstig
• Glycolyse à glycosidische bindingen (kost energie, 3 hoogenergetische fosfaatbindingen) à
glycogeen: Negatieve ΔG°’
Ä De fosforylering van glucose door ATP:
De fosforylering van glucose is gekoppeld aan de hydrolyse van ATP door hexokinase à -4
Ä Het additief karakter van de vrije energie door veranderingen in een pathway:
glucose-6P à 1P à positief, 1.6
Ä Het reversibel karakter van individuele stappen:
Negatieve ΔG°’ = irreversibel
Ä Vorming van actieve intermediairen:
Synthese UDP glucose: splitsing 2 hoog-energetische fosfaatbindingen (UTP + pyrofosfaat)
1
,Ø Mechanische arbeid
• Binding ATP à beweging door wijziging conformatie van een proteïne
• Harstslag verbruikt 2% van ATP: oxidatieve fosforylering voor de aanmaak van ATP
Ø Actief transport arbeid
• Na+-influx = drijvende kracht voor co-transporter proteïnen à moet dus steeds naar buiten
gepompt worden
1.2. Koolhydraten, vetten en proteïnen als brandstof
1.2.1. Koolhydraten
• Vertering: omzetting tot monosachariden
• Oxidatie tot CO2 en H2O à 4 kcal/g à veel zuurstofatomen
• Glucose!
Ø De absorptie van koolhydraten
• Suikereenheden passeren darmbarrière via gefaciliteerde passieve diffusie
• Monosachariden: tegen conc-gradiënt in via Na+-dependent gefaciliteerd transport
• Laatste sporen uit darmlumen: actief energievereisend transport: co-transport met Na+
Ø Transport en interconversie
• Na vertering: monosachariden in bloed à via portale venen naar lever
• Lever: in intermediair metabolisme: collector en convertor
• Na vasten: directe energie nodig à suikers worden in lever vooral naar glucose omgezet à
conc galactose en fructose dalen snel na maaltijd
• Hepatische interconversie: lever kan verschillende suikers in elkaar omzetten via
fosforylering onder invloed van een kinase enzym.
o Hexokinase (I, II en III) zijn onderhevig aan productinhibitie van glucose-6P à constitutieve
enzymen, zit snel aan zijn Vmax
o Glucokinase = lever isoenzym = hexokinase IV à niet onderhevig aan productinhibitie,
geïnduceerd door insuline, hoge Km, kan tegen glucosesoten in het bloed
1.2.2. De eiwitten
• Aminozuren die via peptidebindingen polymeren zijn, 16%N en 4kcal/g
• Absorptie: Tot AZ via proteolytische enzymen à door darmwandcellen via actief en
stereospecifiek transport naar bloedbaan
• Transport en metabolisme: naar lever à organen en weefsel: oxidatie voor energie OF als
bouwstenen voor anabole reacties
• Cel put: 1/3 exogene oorsprong, 2/3 reserve van endogene oorsprong (via katabolisme)
1.2.3. De lipiden
• Triacylglycerolen 90% = 3 vetzuren veresterd aan een glycerolmolecule
• Hebben veel minder zuurstof à worden meer gereduceerd à meer energie bij oxidatie:
9kcal/g
• 10%: fosfoglycerolen, cholesterolesters, cholesterol en vrije vetzuren
• In darmlumen: geëmulsifieerd door galzouten à verteerd door lipo/hydrolytische enzymen
2
,Ø Absorptie en hersynthese
• Opgenomen door eenvoudige diffusie
• In ER van mucosacel: hersynthese
• Korte/middellange keten vetzuren à portaal bloed à gebonden op albumine à lever
• Herveresteren: activatie vetzuren tot acetylCoA derivaten: 1 ATP nodig
• De intacte triacylglycerolmolecule geraakt moeilijk doorheen de darmwand + de
vetzuursamenstelling kan gewijzigd worden
Ø Transport en klaring
• De producten + apoproteïnen à chylomicronen = lipoproteïnepartikels = transportvorm
voor wateronoplosbare lipiden in het bloed
• Weefselopname: klaring lipiden
• De albumine gebonden vrije vetzuren zijn snel opneembaar à niet goed doorheen
bloedhersen-barrière
Ø De lipoproteïnen
1.2.4. Alcohol
• 7 kcal/g, kan niet altijd verband worden door CO2 en H2O
1.3. De brandstofreserves in het lichaam
1.3.1. Triacylglycerolen
• In adipocyten, 85% van caloriereserve
• Efficiënt want bevat meer calorieën/g + bevat niet veel water
1.3.2. Glycogeen
• Kleine voorraden in spier (0.4%) en lever (0.2%)
• Lever: houdt bloedglucosespiegel tussen maaltijden constant
• Glucose is belangrijk voor hersenen, samen met koolhydraten à hypoglycemie:
neurologische voortekenen
• RBC: enkel overleven op glucose want geen mitochondriën
1.3.3. Proteïnen
• 14.5% = 6 kg
1.4. Rol van de voeding naast oxidatieve brandstof
1.4.1. Koolhydraten
• Bouwstenen
1.4.2. Essentiële vetzuren
• Linoleïne- en 𝛼-linoleenzuur: essentieel
• Tot langere meevoudige onverzadigde vetzuren zoals arachidonzuur
1.4.3. Proteïnen en essentiële aminozuren
• AZ: precursoren voor synthese van proteïnen en andere N-houdende verbindingen à 9
• Dierlijke oorsprong proteïnen: goede kwaliteit, plantaardige niet
• Histidine niet belangrijk + zelf een grote voorraad
• Zwangerschap: hogere nood aan histidine en arginine om groei te bevorderen
• Constante turnover: AZ-pool: exo- en endogeen à hersynthese of katabolisme
3
, 1.4.4. Vitaminen
• Niet zelf aangemaakt, maar wel kunnen de afgeleiden of precursoren in het lichaam
geproduceerd worden.
• Vooral tot cofactoren
• Vetoplosbaar en wateroplosbaar
1.4.5. Water
• Nier, waterhuishouding: hormonaal + mineralocorticoïden
2. Fasen in het intermediair metabolisme
- Glucose à oxidatie voor directe energie + opgeslagen als glycogeen in lever en spier
- Glucose in lever à triacylglycerolen à VLDL à in bloed à energie + opgeslagen in adipocyten
- Voedingsproteïnen à omzetten tot AZ: oxidatie voor energie + in weefsels voor biosynthese
§ 1u na maaltijd: bloedglucose daalt, insuline daalt, glucagon stijgt à vrijstelling
reservebrandstoffen
§ Vasten: leverglycogeen tot glucose in bloed + triacylglycerolen tot vetzuren en glycerol
§ Glucose: oxidatie door hersenen en RBC, vetzuren: gebruikt door weefsels zoals spier en lever
§ Spier: volledige oxidatie, lever: partieel à ketonlichamen
2.1. Hormoon veranderingen na een maaltijd
• Koolhydraatrijke maaltijd: endocriene pancreas gestimuleerd tot vrijstellen insuline à
hormoonconc in bloed: metabole patronen
• Endocriene hormonen: dragen boodschappen rond in het bloed naar weefsels à
boodschappen coördineren en integreren de metabole pathways
• Insuline en glucagon: dirigenten van glucoseconsumptie- en productieprocessen
• Glucoseovermaat weg: glycogenese, glycolyse, lipogenese
• Glucosetekort aangevuld: glycogenolyse, gluconeogenese
2.2. De gevoede toestand op absorptieve toestand
2.2.1. Het lot van glucose na de maaltijd
Ø De conversie tot glycogeen en triacylglycerol in de lever
• Glucose in lever, een deel: oxidatie in ATP pathways voor onmiddelijke energienood, de rest
à glycogeen à triacylglycerolen à verpakt in VLDL lipoproteïnecomplexen (uit bloedstroom)
à gestockeert in adipocyten als triacylglycerol
• Geen metabolisatie: via bloed à perifere weefsels: oxidatie voor energie
• Enige brandstof die door ALLE weefsels benut kan worden! (slaan ook glycogeen op)
• Spier: glycogeenvoorraad
Ø Glucosemetabolisme in hersenen en ander zenuwweefsel
• Zeer afhankelijk van glucose, behalve bij uithongering
• Te weinig à hypoglycemische coma
Ø Glucosemetabolisme in de rode bloedcellen
• Geen mitochondria (waar oxidatie gebeurt), ze krijgen energie van de glycolyse (in
cytoplasma)
• Pyruvaat wordt in bloed vrijgesteld of eerst omgezet tot lactaat
4
I. Introductie tot het intermediair metabolisme
1. Metabole brandstoffen en voedingsbestanddelen
• Verteringsproducten in bloed à weefsels à opname door cellen à oxidatie voor energie
• Overmaat opgeslagen als triacylglycerol in vetweefsel, glycogeen in spier en lever en als
proteïne in de spieren
• Voeding: brandstoffen + precursoren (essentiële vetzuren en aminozuren)
1.1. Brandstoffen uit de voeding
• Oxidatie tot CO2 en H2O à ATP (= universele brandstofleverancier door hoogenergetische
fosfaatbinding) + warmte
• ATP-ADP cyclus
1.1.1. De bio-energetica van de cel
• 95% zuurstof nodig voor oxidatie tot ATP (catabole reactie)
• Thermodynamica
1.1.2. Energie uit de hoog-energetische fosfaatbinding
• Covalente binding, gemakkelijk gebroken bij de hydrolyse
• Fosfaatgroepen: - lading à afstoten à spanning
• Water: hydrolyse à fosfaat is stabiel door resonantievormen à producten lagere vrije
energie dan substraten à voorwaartse richting
• ΔG°’ = negatief, -7/8 kcal/mol
1.1.3. De relatie tussen de 𝚫G°’ en de concentratie van substraten en producten
• Negatieve ΔG°’ à reactie in voorwaartse richting
• Snelheid reactie: enzym (hoeveelheid) + activatie-energie
• Hoe verder een reactie van zijn evenwicht verwijderd is, hoe meer energie er vrijkomt of
moet toegevoegd worden om dit thermodynamisch evenwicht te bereiken.
1.1.4. Energietransformaties om arbeid te verrichten
• Positieve ΔG°’ à gekoppeld aan hydrolyse van de energierijke fosfaatbinding à gewenste
richting
Ø Biosynthese van grotere moleculen
• Anabole reactie: kleine bouwstenen à grote moleculen à niet gunstig
• Glycolyse à glycosidische bindingen (kost energie, 3 hoogenergetische fosfaatbindingen) à
glycogeen: Negatieve ΔG°’
Ä De fosforylering van glucose door ATP:
De fosforylering van glucose is gekoppeld aan de hydrolyse van ATP door hexokinase à -4
Ä Het additief karakter van de vrije energie door veranderingen in een pathway:
glucose-6P à 1P à positief, 1.6
Ä Het reversibel karakter van individuele stappen:
Negatieve ΔG°’ = irreversibel
Ä Vorming van actieve intermediairen:
Synthese UDP glucose: splitsing 2 hoog-energetische fosfaatbindingen (UTP + pyrofosfaat)
1
,Ø Mechanische arbeid
• Binding ATP à beweging door wijziging conformatie van een proteïne
• Harstslag verbruikt 2% van ATP: oxidatieve fosforylering voor de aanmaak van ATP
Ø Actief transport arbeid
• Na+-influx = drijvende kracht voor co-transporter proteïnen à moet dus steeds naar buiten
gepompt worden
1.2. Koolhydraten, vetten en proteïnen als brandstof
1.2.1. Koolhydraten
• Vertering: omzetting tot monosachariden
• Oxidatie tot CO2 en H2O à 4 kcal/g à veel zuurstofatomen
• Glucose!
Ø De absorptie van koolhydraten
• Suikereenheden passeren darmbarrière via gefaciliteerde passieve diffusie
• Monosachariden: tegen conc-gradiënt in via Na+-dependent gefaciliteerd transport
• Laatste sporen uit darmlumen: actief energievereisend transport: co-transport met Na+
Ø Transport en interconversie
• Na vertering: monosachariden in bloed à via portale venen naar lever
• Lever: in intermediair metabolisme: collector en convertor
• Na vasten: directe energie nodig à suikers worden in lever vooral naar glucose omgezet à
conc galactose en fructose dalen snel na maaltijd
• Hepatische interconversie: lever kan verschillende suikers in elkaar omzetten via
fosforylering onder invloed van een kinase enzym.
o Hexokinase (I, II en III) zijn onderhevig aan productinhibitie van glucose-6P à constitutieve
enzymen, zit snel aan zijn Vmax
o Glucokinase = lever isoenzym = hexokinase IV à niet onderhevig aan productinhibitie,
geïnduceerd door insuline, hoge Km, kan tegen glucosesoten in het bloed
1.2.2. De eiwitten
• Aminozuren die via peptidebindingen polymeren zijn, 16%N en 4kcal/g
• Absorptie: Tot AZ via proteolytische enzymen à door darmwandcellen via actief en
stereospecifiek transport naar bloedbaan
• Transport en metabolisme: naar lever à organen en weefsel: oxidatie voor energie OF als
bouwstenen voor anabole reacties
• Cel put: 1/3 exogene oorsprong, 2/3 reserve van endogene oorsprong (via katabolisme)
1.2.3. De lipiden
• Triacylglycerolen 90% = 3 vetzuren veresterd aan een glycerolmolecule
• Hebben veel minder zuurstof à worden meer gereduceerd à meer energie bij oxidatie:
9kcal/g
• 10%: fosfoglycerolen, cholesterolesters, cholesterol en vrije vetzuren
• In darmlumen: geëmulsifieerd door galzouten à verteerd door lipo/hydrolytische enzymen
2
,Ø Absorptie en hersynthese
• Opgenomen door eenvoudige diffusie
• In ER van mucosacel: hersynthese
• Korte/middellange keten vetzuren à portaal bloed à gebonden op albumine à lever
• Herveresteren: activatie vetzuren tot acetylCoA derivaten: 1 ATP nodig
• De intacte triacylglycerolmolecule geraakt moeilijk doorheen de darmwand + de
vetzuursamenstelling kan gewijzigd worden
Ø Transport en klaring
• De producten + apoproteïnen à chylomicronen = lipoproteïnepartikels = transportvorm
voor wateronoplosbare lipiden in het bloed
• Weefselopname: klaring lipiden
• De albumine gebonden vrije vetzuren zijn snel opneembaar à niet goed doorheen
bloedhersen-barrière
Ø De lipoproteïnen
1.2.4. Alcohol
• 7 kcal/g, kan niet altijd verband worden door CO2 en H2O
1.3. De brandstofreserves in het lichaam
1.3.1. Triacylglycerolen
• In adipocyten, 85% van caloriereserve
• Efficiënt want bevat meer calorieën/g + bevat niet veel water
1.3.2. Glycogeen
• Kleine voorraden in spier (0.4%) en lever (0.2%)
• Lever: houdt bloedglucosespiegel tussen maaltijden constant
• Glucose is belangrijk voor hersenen, samen met koolhydraten à hypoglycemie:
neurologische voortekenen
• RBC: enkel overleven op glucose want geen mitochondriën
1.3.3. Proteïnen
• 14.5% = 6 kg
1.4. Rol van de voeding naast oxidatieve brandstof
1.4.1. Koolhydraten
• Bouwstenen
1.4.2. Essentiële vetzuren
• Linoleïne- en 𝛼-linoleenzuur: essentieel
• Tot langere meevoudige onverzadigde vetzuren zoals arachidonzuur
1.4.3. Proteïnen en essentiële aminozuren
• AZ: precursoren voor synthese van proteïnen en andere N-houdende verbindingen à 9
• Dierlijke oorsprong proteïnen: goede kwaliteit, plantaardige niet
• Histidine niet belangrijk + zelf een grote voorraad
• Zwangerschap: hogere nood aan histidine en arginine om groei te bevorderen
• Constante turnover: AZ-pool: exo- en endogeen à hersynthese of katabolisme
3
, 1.4.4. Vitaminen
• Niet zelf aangemaakt, maar wel kunnen de afgeleiden of precursoren in het lichaam
geproduceerd worden.
• Vooral tot cofactoren
• Vetoplosbaar en wateroplosbaar
1.4.5. Water
• Nier, waterhuishouding: hormonaal + mineralocorticoïden
2. Fasen in het intermediair metabolisme
- Glucose à oxidatie voor directe energie + opgeslagen als glycogeen in lever en spier
- Glucose in lever à triacylglycerolen à VLDL à in bloed à energie + opgeslagen in adipocyten
- Voedingsproteïnen à omzetten tot AZ: oxidatie voor energie + in weefsels voor biosynthese
§ 1u na maaltijd: bloedglucose daalt, insuline daalt, glucagon stijgt à vrijstelling
reservebrandstoffen
§ Vasten: leverglycogeen tot glucose in bloed + triacylglycerolen tot vetzuren en glycerol
§ Glucose: oxidatie door hersenen en RBC, vetzuren: gebruikt door weefsels zoals spier en lever
§ Spier: volledige oxidatie, lever: partieel à ketonlichamen
2.1. Hormoon veranderingen na een maaltijd
• Koolhydraatrijke maaltijd: endocriene pancreas gestimuleerd tot vrijstellen insuline à
hormoonconc in bloed: metabole patronen
• Endocriene hormonen: dragen boodschappen rond in het bloed naar weefsels à
boodschappen coördineren en integreren de metabole pathways
• Insuline en glucagon: dirigenten van glucoseconsumptie- en productieprocessen
• Glucoseovermaat weg: glycogenese, glycolyse, lipogenese
• Glucosetekort aangevuld: glycogenolyse, gluconeogenese
2.2. De gevoede toestand op absorptieve toestand
2.2.1. Het lot van glucose na de maaltijd
Ø De conversie tot glycogeen en triacylglycerol in de lever
• Glucose in lever, een deel: oxidatie in ATP pathways voor onmiddelijke energienood, de rest
à glycogeen à triacylglycerolen à verpakt in VLDL lipoproteïnecomplexen (uit bloedstroom)
à gestockeert in adipocyten als triacylglycerol
• Geen metabolisatie: via bloed à perifere weefsels: oxidatie voor energie
• Enige brandstof die door ALLE weefsels benut kan worden! (slaan ook glycogeen op)
• Spier: glycogeenvoorraad
Ø Glucosemetabolisme in hersenen en ander zenuwweefsel
• Zeer afhankelijk van glucose, behalve bij uithongering
• Te weinig à hypoglycemische coma
Ø Glucosemetabolisme in de rode bloedcellen
• Geen mitochondria (waar oxidatie gebeurt), ze krijgen energie van de glycolyse (in
cytoplasma)
• Pyruvaat wordt in bloed vrijgesteld of eerst omgezet tot lactaat
4
