Samenvatting stofwisseling
Thema 1 t/m 5
Biomedische Wetenschappen
2021-2022
Door Nicole (studente BMW)
,Inhoudsopgave
Macronutriënten ..................................................................................................................................... 4
Koolhydraten ....................................................................................................................................... 4
Vetten .................................................................................................................................................. 6
Eiwitten ............................................................................................................................................... 8
Metabologica......................................................................................................................................... 10
ATP..................................................................................................................................................... 13
Fosforyloverdrachtspotentiaal ...................................................................................................... 13
Verbranding en vorming van ATP .................................................................................................. 14
Regulatie van de metabole processen .............................................................................................. 16
Naamgeving enzymen ................................................................................................................... 17
Koolhydraatmetabolisme .................................................................................................................. 18
Glucose fosforylering..................................................................................................................... 19
Glycolyse........................................................................................................................................ 20
Gluconeogenese ............................................................................................................................ 25
Pentosefosfaatpathway (PPP) ....................................................................................................... 29
Glycogenese .................................................................................................................................. 31
Glycogenolyse................................................................................................................................ 31
Lipide metabolisme ........................................................................................................................... 33
Opslag van vetten .......................................................................................................................... 33
Vetafzetting en mobilisatie ........................................................................................................... 34
Vetzuuroxidatie ............................................................................................................................. 35
Vetzuursynthese ............................................................................................................................ 37
Eiwitmetabolisme .............................................................................................................................. 39
Ureumcyclus .................................................................................................................................. 41
Metabolisme van het koolstofskelet ............................................................................................. 42
Elektronentransportketen (oxidatieve fosforylering) ....................................................................... 44
Vertering en absorptie van macronutriënten ....................................................................................... 45
Tractus digestivus .............................................................................................................................. 45
Mond ............................................................................................................................................. 45
Maag .............................................................................................................................................. 45
Dunne darm ................................................................................................................................... 47
Dikke darm .................................................................................................................................... 48
Vertering en absorptie van macronutriënten ................................................................................... 50
Koolhydraten ................................................................................................................................. 50
Eiwitten.......................................................................................................................................... 52
1
, Lipiden ........................................................................................................................................... 54
Voedingsstoffen en de regulatie van genexpressie .......................................................................... 58
Metabole profielen van organen en weefsels....................................................................................... 60
Koolhydraatmetabolisme .............................................................................................................. 62
Lipide metabolisme ....................................................................................................................... 68
Aminozuurmetabolisme ................................................................................................................ 71
Vetweefsel ......................................................................................................................................... 72
Wit vetweefsel............................................................................................................................... 73
Bruin vetweefsel ............................................................................................................................ 75
Beige vetweefsel ........................................................................................................................... 76
Skeletspieren ..................................................................................................................................... 76
Slow-twitch vezels ......................................................................................................................... 76
Fast-twitch vezels (type II) ............................................................................................................. 76
Koolhydraatmetabolisme .............................................................................................................. 77
Vetzuurmetabolisme ..................................................................................................................... 78
Aminozuurmetabolisme ................................................................................................................ 78
Hart .................................................................................................................................................... 79
Nieren ................................................................................................................................................ 80
Hersenen ........................................................................................................................................... 81
Overzicht glucosetransporters .......................................................................................................... 81
Belangrijke endocriene organen: hormonale regulatie ........................................................................ 82
Pancreas ............................................................................................................................................ 82
Insuline .......................................................................................................................................... 83
Glucagon ........................................................................................................................................ 85
Hypofyse ............................................................................................................................................ 86
Schildklier (thyroid) ........................................................................................................................... 87
Bijnieren ............................................................................................................................................ 88
Cortisol .......................................................................................................................................... 88
Adrenaline ..................................................................................................................................... 88
Glycogeensynthese (glycogenese) .................................................................................................... 89
Glycogeen afbraak (glycogenolyse) ................................................................................................... 93
Lever .............................................................................................................................................. 95
Spieren........................................................................................................................................... 95
Integratie van het koolhydraat-, vet- en eiwitmetabolisme ................................................................. 98
Brandstofvoorraden .......................................................................................................................... 98
Koolhydraatmetabolisme .................................................................................................................. 98
2
, Nachtelijk gevaste (post-absorptieve) toestand ........................................................................... 99
Ontbijt.......................................................................................................................................... 100
Lipide metabolisme ......................................................................................................................... 102
Non-esterified fatty acids (NEFAs) in het plasma ........................................................................ 102
TAG in het plasma ....................................................................................................................... 103
Nachtelijk gevaste (post-absorptieve) toestand ......................................................................... 103
Ontbijt.......................................................................................................................................... 104
Eiwitmetabolisme ............................................................................................................................ 106
Alanine en glutamine................................................................................................................... 108
Verbanden tussen koolhydraat-, lipide- en aminozuurmetabolisme ............................................. 111
Koolhydraat en lipide metabolisme ............................................................................................ 111
Koolhydraat en aminozuurmetabolisme ..................................................................................... 113
Overzicht metabole functie van verschillende organen in gevoede toestand............................ 114
Overzicht metabole functie van verschillende organen in gevaste toestand ............................. 115
3
,Macronutriënten
Koolhydraten
Eenvoudige koolhydraten hebben de algemene formule Cn(H2O)n en complexe koolhydraten hebben
de algemene formule Cn(H2O)0,8n. Over het algemeen geldt dat koolhydraten polaire moleculen zijn
en dus oplosbaar zijn in water (hydrofiel). De belangrijkste bron van koolhydraten die men binnen
krijgt, is zetmeel in aardappelen, rijst en granen.
De chemische definitie van een suiker is dat het uit koolstofatomen bestaat, die elk één
hydroxylgroep (–OH) dragen op één koolstofatoom na dat een carbonylgroep draagt (=O). In
oplossing zijn suikers in evenwicht tussen een rechte-keten vorm en een ringstructuur. Aangezien de
ringstructuur overheerst, worden suikers meestal in deze vorm weergegeven.
Monosachariden zijn eenvoudige koolhydraten en kunnen uit vijf (pentose) of zes (hexose)
koolstofatomen bestaan. Complexere koolhydraten daarentegen, zijn opgebouwd uit
monosachariden die via covalente bindingen met elkaar verbonden zijn:
• Disacharide → Bestaat uit twee monosachariden.
➢ Sucrose (glucose-fructose)
➢ Maltose (glucose-glucose)
➢ Lactose (galactose-glucose)
• Oligosacharide → Bestaat uit een korte keten van monosachariden.
• Polysacharide → Bestaat uit meer dan 10 monosachariden.
Polysachariden verschillen in een aantal opzichten van elkaar, namelijk hun ketenlengte en de aard
(α- of β-) en positie (C1-4 of C1-6) van de covalente bindingen tussen de individuele
monosachariden. Glycogeen is een vertakte homopolysacharide van glucose. De glucosemoleculen
zijn lineair verbonden door α-1,4-bindingen en in 1 op de 10 glucose eenheden is er een glucose
eenheid vertakt en verbonden door een α-1,6-binding. Hierdoor wordt het molecuul meer oplosbaar
en ontstaan er meerdere uiteinden waaraan enzymen van de glycogeensynthese en
glycogeenafbraak op aan kunnen grijpen.
Elk glycogeenmolecuul wordt gesynthetiseerd op een primer, namelijk glycogenine. Vanaf dit
molecuul vertakken zich koolhydraatketens, waardoor er een compact molecuul wordt gevormd,
namelijk proglycogeen.
Figuur 1 Schematische weergave van de bindingen in glycogeen.
4
, Cellulose verschilt van zetmeel in het feit dat het β-1,4-bindingen bevat in plaats van
α-1,4-bindingen. Door deze β-1,4-bindingen worden stijve polymeren gevormd, deze worden ook wel
vezels genoemd. Mensen kunnen deze β-1,4-bindingen niet verteren.
Figuur 2 Schematische weergave van de bindingen in cellulose, zetmeel en glycogeen.
Doordat de meeste koolhydraten oplosbaar zijn in water, heeft dit een aantal belangrijke
consequenties voor het metabolisme van deze moleculen, waaronder:
• Glucose en andere monosachariden circuleren vrij in het bloed en de interstitiële vloeistof,
maar hun intrede in cellen wordt vergemakkelijkt door specifieke dragereiwitten.
• Waarschijnlijk vanwege de behoefte aan een specifieke transporter voor glucose om het
celmembraan te passeren (en dus reguleerbaar is), is glucose een belangrijke brandstof voor
veel weefsels en een verplichte brandstof voor sommige weefsels. Koolhydraten kunnen niet
gesynthetiseerd worden uit de overvloedige opslag van vet in het lichaam. Het is daarom
belangrijk dat er een koolhydraatvoorraad in het lichaam aanwezig is.
• Vanwege het feit dat suikers oplosbaar zijn in water, zal de opslag hiervan onderhevig zijn
aan osmotische invloeden. Hierdoor worden suikers voornamelijk opgeslagen opslagen als
polymeren in de vorm van glycogeen. Dit zorgt ervoor dat het osmotische effect verlaagd
wordt. De synthese en afbraak van glycogeen wordt gereguleerd voor vele enzymen,
waardoor de beschikbaarheid van glucose nauw gereguleerd kan worden.
• Glycogeen is in een waterige omgeving (zoals in cellen) sterk gehydrateerd. Over het
algemeen is het geassocieerd met 3x zijn eigen gewicht aan water. Opslag van energie in de
vorm van glycogeen brengt dus een grote gewichtstoename met zich mee.
5
Thema 1 t/m 5
Biomedische Wetenschappen
2021-2022
Door Nicole (studente BMW)
,Inhoudsopgave
Macronutriënten ..................................................................................................................................... 4
Koolhydraten ....................................................................................................................................... 4
Vetten .................................................................................................................................................. 6
Eiwitten ............................................................................................................................................... 8
Metabologica......................................................................................................................................... 10
ATP..................................................................................................................................................... 13
Fosforyloverdrachtspotentiaal ...................................................................................................... 13
Verbranding en vorming van ATP .................................................................................................. 14
Regulatie van de metabole processen .............................................................................................. 16
Naamgeving enzymen ................................................................................................................... 17
Koolhydraatmetabolisme .................................................................................................................. 18
Glucose fosforylering..................................................................................................................... 19
Glycolyse........................................................................................................................................ 20
Gluconeogenese ............................................................................................................................ 25
Pentosefosfaatpathway (PPP) ....................................................................................................... 29
Glycogenese .................................................................................................................................. 31
Glycogenolyse................................................................................................................................ 31
Lipide metabolisme ........................................................................................................................... 33
Opslag van vetten .......................................................................................................................... 33
Vetafzetting en mobilisatie ........................................................................................................... 34
Vetzuuroxidatie ............................................................................................................................. 35
Vetzuursynthese ............................................................................................................................ 37
Eiwitmetabolisme .............................................................................................................................. 39
Ureumcyclus .................................................................................................................................. 41
Metabolisme van het koolstofskelet ............................................................................................. 42
Elektronentransportketen (oxidatieve fosforylering) ....................................................................... 44
Vertering en absorptie van macronutriënten ....................................................................................... 45
Tractus digestivus .............................................................................................................................. 45
Mond ............................................................................................................................................. 45
Maag .............................................................................................................................................. 45
Dunne darm ................................................................................................................................... 47
Dikke darm .................................................................................................................................... 48
Vertering en absorptie van macronutriënten ................................................................................... 50
Koolhydraten ................................................................................................................................. 50
Eiwitten.......................................................................................................................................... 52
1
, Lipiden ........................................................................................................................................... 54
Voedingsstoffen en de regulatie van genexpressie .......................................................................... 58
Metabole profielen van organen en weefsels....................................................................................... 60
Koolhydraatmetabolisme .............................................................................................................. 62
Lipide metabolisme ....................................................................................................................... 68
Aminozuurmetabolisme ................................................................................................................ 71
Vetweefsel ......................................................................................................................................... 72
Wit vetweefsel............................................................................................................................... 73
Bruin vetweefsel ............................................................................................................................ 75
Beige vetweefsel ........................................................................................................................... 76
Skeletspieren ..................................................................................................................................... 76
Slow-twitch vezels ......................................................................................................................... 76
Fast-twitch vezels (type II) ............................................................................................................. 76
Koolhydraatmetabolisme .............................................................................................................. 77
Vetzuurmetabolisme ..................................................................................................................... 78
Aminozuurmetabolisme ................................................................................................................ 78
Hart .................................................................................................................................................... 79
Nieren ................................................................................................................................................ 80
Hersenen ........................................................................................................................................... 81
Overzicht glucosetransporters .......................................................................................................... 81
Belangrijke endocriene organen: hormonale regulatie ........................................................................ 82
Pancreas ............................................................................................................................................ 82
Insuline .......................................................................................................................................... 83
Glucagon ........................................................................................................................................ 85
Hypofyse ............................................................................................................................................ 86
Schildklier (thyroid) ........................................................................................................................... 87
Bijnieren ............................................................................................................................................ 88
Cortisol .......................................................................................................................................... 88
Adrenaline ..................................................................................................................................... 88
Glycogeensynthese (glycogenese) .................................................................................................... 89
Glycogeen afbraak (glycogenolyse) ................................................................................................... 93
Lever .............................................................................................................................................. 95
Spieren........................................................................................................................................... 95
Integratie van het koolhydraat-, vet- en eiwitmetabolisme ................................................................. 98
Brandstofvoorraden .......................................................................................................................... 98
Koolhydraatmetabolisme .................................................................................................................. 98
2
, Nachtelijk gevaste (post-absorptieve) toestand ........................................................................... 99
Ontbijt.......................................................................................................................................... 100
Lipide metabolisme ......................................................................................................................... 102
Non-esterified fatty acids (NEFAs) in het plasma ........................................................................ 102
TAG in het plasma ....................................................................................................................... 103
Nachtelijk gevaste (post-absorptieve) toestand ......................................................................... 103
Ontbijt.......................................................................................................................................... 104
Eiwitmetabolisme ............................................................................................................................ 106
Alanine en glutamine................................................................................................................... 108
Verbanden tussen koolhydraat-, lipide- en aminozuurmetabolisme ............................................. 111
Koolhydraat en lipide metabolisme ............................................................................................ 111
Koolhydraat en aminozuurmetabolisme ..................................................................................... 113
Overzicht metabole functie van verschillende organen in gevoede toestand............................ 114
Overzicht metabole functie van verschillende organen in gevaste toestand ............................. 115
3
,Macronutriënten
Koolhydraten
Eenvoudige koolhydraten hebben de algemene formule Cn(H2O)n en complexe koolhydraten hebben
de algemene formule Cn(H2O)0,8n. Over het algemeen geldt dat koolhydraten polaire moleculen zijn
en dus oplosbaar zijn in water (hydrofiel). De belangrijkste bron van koolhydraten die men binnen
krijgt, is zetmeel in aardappelen, rijst en granen.
De chemische definitie van een suiker is dat het uit koolstofatomen bestaat, die elk één
hydroxylgroep (–OH) dragen op één koolstofatoom na dat een carbonylgroep draagt (=O). In
oplossing zijn suikers in evenwicht tussen een rechte-keten vorm en een ringstructuur. Aangezien de
ringstructuur overheerst, worden suikers meestal in deze vorm weergegeven.
Monosachariden zijn eenvoudige koolhydraten en kunnen uit vijf (pentose) of zes (hexose)
koolstofatomen bestaan. Complexere koolhydraten daarentegen, zijn opgebouwd uit
monosachariden die via covalente bindingen met elkaar verbonden zijn:
• Disacharide → Bestaat uit twee monosachariden.
➢ Sucrose (glucose-fructose)
➢ Maltose (glucose-glucose)
➢ Lactose (galactose-glucose)
• Oligosacharide → Bestaat uit een korte keten van monosachariden.
• Polysacharide → Bestaat uit meer dan 10 monosachariden.
Polysachariden verschillen in een aantal opzichten van elkaar, namelijk hun ketenlengte en de aard
(α- of β-) en positie (C1-4 of C1-6) van de covalente bindingen tussen de individuele
monosachariden. Glycogeen is een vertakte homopolysacharide van glucose. De glucosemoleculen
zijn lineair verbonden door α-1,4-bindingen en in 1 op de 10 glucose eenheden is er een glucose
eenheid vertakt en verbonden door een α-1,6-binding. Hierdoor wordt het molecuul meer oplosbaar
en ontstaan er meerdere uiteinden waaraan enzymen van de glycogeensynthese en
glycogeenafbraak op aan kunnen grijpen.
Elk glycogeenmolecuul wordt gesynthetiseerd op een primer, namelijk glycogenine. Vanaf dit
molecuul vertakken zich koolhydraatketens, waardoor er een compact molecuul wordt gevormd,
namelijk proglycogeen.
Figuur 1 Schematische weergave van de bindingen in glycogeen.
4
, Cellulose verschilt van zetmeel in het feit dat het β-1,4-bindingen bevat in plaats van
α-1,4-bindingen. Door deze β-1,4-bindingen worden stijve polymeren gevormd, deze worden ook wel
vezels genoemd. Mensen kunnen deze β-1,4-bindingen niet verteren.
Figuur 2 Schematische weergave van de bindingen in cellulose, zetmeel en glycogeen.
Doordat de meeste koolhydraten oplosbaar zijn in water, heeft dit een aantal belangrijke
consequenties voor het metabolisme van deze moleculen, waaronder:
• Glucose en andere monosachariden circuleren vrij in het bloed en de interstitiële vloeistof,
maar hun intrede in cellen wordt vergemakkelijkt door specifieke dragereiwitten.
• Waarschijnlijk vanwege de behoefte aan een specifieke transporter voor glucose om het
celmembraan te passeren (en dus reguleerbaar is), is glucose een belangrijke brandstof voor
veel weefsels en een verplichte brandstof voor sommige weefsels. Koolhydraten kunnen niet
gesynthetiseerd worden uit de overvloedige opslag van vet in het lichaam. Het is daarom
belangrijk dat er een koolhydraatvoorraad in het lichaam aanwezig is.
• Vanwege het feit dat suikers oplosbaar zijn in water, zal de opslag hiervan onderhevig zijn
aan osmotische invloeden. Hierdoor worden suikers voornamelijk opgeslagen opslagen als
polymeren in de vorm van glycogeen. Dit zorgt ervoor dat het osmotische effect verlaagd
wordt. De synthese en afbraak van glycogeen wordt gereguleerd voor vele enzymen,
waardoor de beschikbaarheid van glucose nauw gereguleerd kan worden.
• Glycogeen is in een waterige omgeving (zoals in cellen) sterk gehydrateerd. Over het
algemeen is het geassocieerd met 3x zijn eigen gewicht aan water. Opslag van energie in de
vorm van glycogeen brengt dus een grote gewichtstoename met zich mee.
5
