Thema 4: Stofwisseling
Obesitas is een conditie waarin mensen zo veel vetweefsel hebben dat het risico op ziekte verhoogd is.
Aanvankelijk was alleen in Westerse landen een groot aantal mensen te zwaar. Nu de industrialisatie
toeneemt heeft het probleem zich inmiddels over de wereld verspreid. De wereldgezondheidsorganisatie
noemt het naast ondervoeding (!) de grootste bedreiging van de gezondheid in de wereld. In Nederland is
50% van de volwassen bevolking zwaarder dan normaal. 10-15% is zo zwaar dat het risico op ziekte
aanzienlijk verhoogd is. Om welke ziektes gaat het dan? Mensen met obesitas hebben een verhoogd risico
op diabetes mellitus type 2, hart- en vaatziekten, een groot aantal vormen van kanker maar ook galstenen,
artrose en obstructieve longziekten komen vaker voor bij mensen met obesitas. Bovendien zijn obese
mensen vaak minder fertiel en verlopen zwangerschappen nogal eens gecompliceerd. Als arts krijg je dus
zeker te maken met deze conditie. Thema 4 van dit blok behandelt de integratieve fysiologie van de suiker-,
vet- en eiwitstofwisseling. Kennis hievan is essentieel voor het begrip van de manier waarop de
energiehuishouding, en daarmee het lichaamsgewicht, is gereguleerd. Bovendien is kennis van de
integratieve metabole fysiologie belangrijk om te kunnen begrijpen wat er mis is bij patiënten met diabetes
mellitus, één van de meest voorkomende chronische ziekten. Aan de hand van hoorcolleges en
zelfstudieopdrachten betreffende de metabole reacties op voeding en vasten wordt u door relevante
hoofdstukken van enkele kernboeken geleid. In aansluiting daarop zal de metabole fysiologie van
overgewicht en diabetes mellitus aan de orde komen. Tot slot zal aandacht worden besteed aan de rol
die u als arts kunt of moet spelen bij de behandeling van mensen met obesitas.
Vraagstukken
Klachten van de patiënt Moeheid
abnormale dorst
abnormaal veel plassen
Bevindingen bij Verhoogd cholesterol en/of triglyceriden
aanvullend onderzoek hyperglycaemie of gestoorde glucosetolerantie
Zorgvraagstukken Gericht op algemene leefstijlfactoren (voeding, genotmiddelen, beweging),
medicamenteuze regulatie van stofwisseling
preventie van chronische ziekte
,Stofwisseling van de cel
Energie is misschien wel de belangrijkste basisbehoefte in de natuur. Zonder energie geen leven. Alle energie
die wij verbruiken komt uit onze voeding. Voeding is dus essentieel voor ons functioneren. Ondervoeding
leidt tot energiegebrek en daarmee samenhangende ziekte, en overvoeding leidt tot vetstapeling en obesitas.
Hoewel ondervoeding nog steeds een wereldwijd probleem is, worden artsen in geïndustrialiseerde landen
als Nederland alleen (en in steeds toenemende mate) geconfronteerd met obesitas. Obesitas is geassocieerd
met een aantal ziekten die samen veruit de belangrijkste ziektelast voor mens en maatschappij vormen:
diabetes mellitus type 2, kanker en hart- vaatziekten. Koolhydraten en vetten zijn de belangrijkste
brandstoffen, maar ook eiwit kan als brandstof worden gebruikt. Deze opdracht betreft enkele basale
kenmerken van de koolhydraat-, vet- en eiwitstofwisseling. Inzicht in deze processen is voor artsen van
groot belang voor een beter begrip van obesitas en de ziekten die daarmee samenhangen.
Koolhydraten, vetten en eiwitten zijn de bouwstenen van het menselijk lichaam. Koolhydraten en vetten zijn
bovendien voor de mens de belangrijkste brandstoffen. Energievoorziening is van cruciaal belang voor het
onderhouden van een breed scala aan biochemische reacties die noodzakelijk zijn voor het functioneren van
ieder organisme. Bovendien is energie nodig voor beweging en het handhaven van de lichaamstemperatuur
hetgeen onontbeerlijk is voor overleving van de meeste organismen. Voeding is onze enige bron van
koolhydraat, vet en eiwit en van een groot aantal micronutriënten zoals vitamines en mineralen, die in dit
blok niet aan de orde zullen komen. Voeding is dus van levensbelang. Koolhydraten en vetten worden
voortdurend verbrand. Er is bovendien een voortdurende turnover van eiwitten in ons lichaam. Wij kunnen
echter niet voortdurend eten (slaap, beschikbaarheid van voedsel). De natuur heeft daarom een krachtig en
ingenieus neuroendocrien regelsysteem ontwikkeld, dat de verbranding en opslag van voedingsstoffen
reguleert. In dit college wordt terug gekeken naar de belangrijkste routes uit de koolhydraat, vet- en
eiwitstofwisseling. Tevens wordt de interactie tussen deze routes besproken en hun belang in de energie
voorziening van het lichaam.
Onderhoud en energie!
• Eten en drinken leveren niet alleen de noodzakelijke voedingsstoffen
voor een gezond en fit lichaam maar ook energie.
• Voedingsstoffen zijn de brandstof voor het lichaam
zonder energie functioneren we niet.
• Hoeveel energie een mens per dag verbruikt hangt onder
meer af van leeftijd, geslacht en activiteiten.
Componenten van het voedsel
Koolhydraten Vetten Eiwitten
6-ring Triacetylglyceriden (TAG) bestaat Eiwitten bestaan uit aminozuren
5-ring uit een glycerol-backbone waarbij waarbij essentiële aminozuren
Lineaire vorm de OH-groep is veresterd met een uit het voedsel moet worden
vetzuurstaart welke verschillend opgenomen.
kan zijn.
,Energie Opslag
• Aminozuren in eiwit? Lichaam gebruikt eiwitten bijna niet als opslag. Functieverlies. Uiterste nood
• Glucose omzetten naar vet en opslaan (mensen kunnen GEEN vetten omzetten naar glucose)
• Glucose als glycogeen in voornamelijk spieren en lever.
• Vetzuren als vet opslaan
Glycogeen (opslag van glucose)
Glycogeen is een lange vertakte polysacharide
waarin glucosemoleculen via 1-4-verbindingen
aan elkaar gekoppeld zijn ofwel verbindingen
tussen het 1e C-atoom van een monosacharide en
het 4e C-atoom van de volgende monosacharide.
Soms zit een polysacharidevertakking aan het
6e C-atoom en 1e C-atoom van de volgende
monomeereenheid. Als gevolg ontstaat de sterk
vertakte glycogeenstructuur. Glycogeen wordt
opgeslagen in granulas waarin binnen zich ook
enzymen vereist voor glycogeensynthese en
glycogenolyse bevinden in het cytoplasma van
skeletspiercellen maar voornamelijk levercellen.
Voordelig aan glucoseopslag middels glycogeen is
dat de osmotische druk niet stijgt zoals bij
individuele monosacharide het geval zou zijn.
Bij een hoge osmotische druk zouden de
levercellen namelijk op gaan zwellen.
Glycogenese (glycogeen synthese)
Bij een hoog bloedsuikergehalte wordt insuline aangemaakt dat signaleert voor de omzetting van glucose in
glycogeen middels glycogeensynthase enzymen. Glucokinase in levercellen en hexokinase in spiercellen
zorgen voor de omzetting tot glucose-6-fosfaat. Bij hoge bloedsuikers wordt glucose-6-fosfaat omgezet in
glucose-1-fosfaat waarna dit in 2 stappen wordt omgezet in glycogeen.
Glycogenolyse (glycogeen afbraak)
Glucose 6-fosfaat komt vrij in zowel de lever als skeletspieren via een reactie waarbij glucose 1 -fosfaat
gevormd wordt gekatalyseerd door glycogeen phosphorylase. Later wordt dit omgezet in glucose 6-
fosfaat. Maar hierna verschilt glycogenolyse tussen levercellen en skeletspiercellen. De skeletspieren
breken glycogeen af in glucose voor eigengebruik ofwel na het loskoppel en van de glucosemoleculen
starten de spiercellen met glycolyse. Terwijl in de lever glucose 6-fosfaatase vrije glucose kan vormen om
deze af te staan aan het bloed
Vetten (Opslag van vet)
Triacylglyceriden (TAG) bestaat uit een
glycerol-backbone waarbij de OH-groep is
veresterd met een vetzuurstaart. Acyl in
Triacylglyceriden (TAG) duidt op de
vetzuurzijketen. Let op: Acetyl is een
CH3-C=O groep!
Afbraakroutes en belangrijke moleculen
• Hoog-energetisch fosfaat: ATP
• Electronen dragers:
o NADH and NAD+
o FADH2 and FAD
• Acetyl carrier (activering): Co-enzyme A
o Vetafbraak
o Suikerafbraak
o Ketogene aminozuren
, De snelste ATP bron in spiercellen is creatinefosfaat. De beschikbare hoeveelheid van creatinefosfaat is
beperkt. Na 6s zal glucose worden opgezet worden in lactaat waarbij de spierglycogeenvoorraad wordt
gebruikt. Tijdens de glycolyse wordt via 4 enzymatische stappen 2 pyruvaatmoleculen worden gevormd.
Glycolyse
Glycolyse is de afbraak van glucose tot 2 moleculen pyruvaat. Er is aerobe en anaerobe glycolyse. Onder
anaerobe condities is de citroenzuurcyclus geremd en zal pyruvaat worden omgezet in lactaat. Deze laatset
kost een NADH molecuul. Het NADH dat eerder is gevormd door de omzetting van glyceraldehyde-3-fosfaat
in 1,3- bisfosfoglyceraat (intermediairen hoef je niet te kennen) wordt dus gebruikt voor de vorming van
lactaat ipv voor ATP productie. Op die manier is NAD+ echter weer recycled dus kan de anearobe afbraak
van glucose continueren..
Anaerobe glucosekatabolisme
De anaerobe glycolyse levert minder energie (ATP) op dan de aerobe afbraak van glucose. Lactaat
(melkzuur) is een zuur en accumulatie van lactaat onder anaerobe condities kan dus tot acidose leiden.
Lactaat wordt door cellen afgegeven aan het bloed. De lever neemt dit op en kan lactaat via de
gluconeogenese weer omzetten in glucose. Dit is de Cori cyclus. Gluconeogenese=de nieuwvorming van
glucose en kost uiteraard de investering van energie. De lever geeft de glucose weer af aan het bloed en deze
glucose kan door de spiercel weer gebruikt worden.
Onder anaerobe omstandigheden blijven pyruvaat en NADH gevormd tijdens glycolyse in het cytosol waar
pyruvaat omgezet wordt in melkzuur (lactaat) of alcohol en CO2 bij gistcellen middels fermentatie.
Fermentatie zorgt ervoor dat NADH weer wordt omgezet tot NAD+ zodat de glycolyse nog kan plaatsvinden.
De netto opbrengst is 2ATP per glucosemolecuul doordat alleen glycolyse plaatsvindt.
Witte spiervezels kunne makkelijk anearoob zijn breed en dik, benen sprinter
Obesitas is een conditie waarin mensen zo veel vetweefsel hebben dat het risico op ziekte verhoogd is.
Aanvankelijk was alleen in Westerse landen een groot aantal mensen te zwaar. Nu de industrialisatie
toeneemt heeft het probleem zich inmiddels over de wereld verspreid. De wereldgezondheidsorganisatie
noemt het naast ondervoeding (!) de grootste bedreiging van de gezondheid in de wereld. In Nederland is
50% van de volwassen bevolking zwaarder dan normaal. 10-15% is zo zwaar dat het risico op ziekte
aanzienlijk verhoogd is. Om welke ziektes gaat het dan? Mensen met obesitas hebben een verhoogd risico
op diabetes mellitus type 2, hart- en vaatziekten, een groot aantal vormen van kanker maar ook galstenen,
artrose en obstructieve longziekten komen vaker voor bij mensen met obesitas. Bovendien zijn obese
mensen vaak minder fertiel en verlopen zwangerschappen nogal eens gecompliceerd. Als arts krijg je dus
zeker te maken met deze conditie. Thema 4 van dit blok behandelt de integratieve fysiologie van de suiker-,
vet- en eiwitstofwisseling. Kennis hievan is essentieel voor het begrip van de manier waarop de
energiehuishouding, en daarmee het lichaamsgewicht, is gereguleerd. Bovendien is kennis van de
integratieve metabole fysiologie belangrijk om te kunnen begrijpen wat er mis is bij patiënten met diabetes
mellitus, één van de meest voorkomende chronische ziekten. Aan de hand van hoorcolleges en
zelfstudieopdrachten betreffende de metabole reacties op voeding en vasten wordt u door relevante
hoofdstukken van enkele kernboeken geleid. In aansluiting daarop zal de metabole fysiologie van
overgewicht en diabetes mellitus aan de orde komen. Tot slot zal aandacht worden besteed aan de rol
die u als arts kunt of moet spelen bij de behandeling van mensen met obesitas.
Vraagstukken
Klachten van de patiënt Moeheid
abnormale dorst
abnormaal veel plassen
Bevindingen bij Verhoogd cholesterol en/of triglyceriden
aanvullend onderzoek hyperglycaemie of gestoorde glucosetolerantie
Zorgvraagstukken Gericht op algemene leefstijlfactoren (voeding, genotmiddelen, beweging),
medicamenteuze regulatie van stofwisseling
preventie van chronische ziekte
,Stofwisseling van de cel
Energie is misschien wel de belangrijkste basisbehoefte in de natuur. Zonder energie geen leven. Alle energie
die wij verbruiken komt uit onze voeding. Voeding is dus essentieel voor ons functioneren. Ondervoeding
leidt tot energiegebrek en daarmee samenhangende ziekte, en overvoeding leidt tot vetstapeling en obesitas.
Hoewel ondervoeding nog steeds een wereldwijd probleem is, worden artsen in geïndustrialiseerde landen
als Nederland alleen (en in steeds toenemende mate) geconfronteerd met obesitas. Obesitas is geassocieerd
met een aantal ziekten die samen veruit de belangrijkste ziektelast voor mens en maatschappij vormen:
diabetes mellitus type 2, kanker en hart- vaatziekten. Koolhydraten en vetten zijn de belangrijkste
brandstoffen, maar ook eiwit kan als brandstof worden gebruikt. Deze opdracht betreft enkele basale
kenmerken van de koolhydraat-, vet- en eiwitstofwisseling. Inzicht in deze processen is voor artsen van
groot belang voor een beter begrip van obesitas en de ziekten die daarmee samenhangen.
Koolhydraten, vetten en eiwitten zijn de bouwstenen van het menselijk lichaam. Koolhydraten en vetten zijn
bovendien voor de mens de belangrijkste brandstoffen. Energievoorziening is van cruciaal belang voor het
onderhouden van een breed scala aan biochemische reacties die noodzakelijk zijn voor het functioneren van
ieder organisme. Bovendien is energie nodig voor beweging en het handhaven van de lichaamstemperatuur
hetgeen onontbeerlijk is voor overleving van de meeste organismen. Voeding is onze enige bron van
koolhydraat, vet en eiwit en van een groot aantal micronutriënten zoals vitamines en mineralen, die in dit
blok niet aan de orde zullen komen. Voeding is dus van levensbelang. Koolhydraten en vetten worden
voortdurend verbrand. Er is bovendien een voortdurende turnover van eiwitten in ons lichaam. Wij kunnen
echter niet voortdurend eten (slaap, beschikbaarheid van voedsel). De natuur heeft daarom een krachtig en
ingenieus neuroendocrien regelsysteem ontwikkeld, dat de verbranding en opslag van voedingsstoffen
reguleert. In dit college wordt terug gekeken naar de belangrijkste routes uit de koolhydraat, vet- en
eiwitstofwisseling. Tevens wordt de interactie tussen deze routes besproken en hun belang in de energie
voorziening van het lichaam.
Onderhoud en energie!
• Eten en drinken leveren niet alleen de noodzakelijke voedingsstoffen
voor een gezond en fit lichaam maar ook energie.
• Voedingsstoffen zijn de brandstof voor het lichaam
zonder energie functioneren we niet.
• Hoeveel energie een mens per dag verbruikt hangt onder
meer af van leeftijd, geslacht en activiteiten.
Componenten van het voedsel
Koolhydraten Vetten Eiwitten
6-ring Triacetylglyceriden (TAG) bestaat Eiwitten bestaan uit aminozuren
5-ring uit een glycerol-backbone waarbij waarbij essentiële aminozuren
Lineaire vorm de OH-groep is veresterd met een uit het voedsel moet worden
vetzuurstaart welke verschillend opgenomen.
kan zijn.
,Energie Opslag
• Aminozuren in eiwit? Lichaam gebruikt eiwitten bijna niet als opslag. Functieverlies. Uiterste nood
• Glucose omzetten naar vet en opslaan (mensen kunnen GEEN vetten omzetten naar glucose)
• Glucose als glycogeen in voornamelijk spieren en lever.
• Vetzuren als vet opslaan
Glycogeen (opslag van glucose)
Glycogeen is een lange vertakte polysacharide
waarin glucosemoleculen via 1-4-verbindingen
aan elkaar gekoppeld zijn ofwel verbindingen
tussen het 1e C-atoom van een monosacharide en
het 4e C-atoom van de volgende monosacharide.
Soms zit een polysacharidevertakking aan het
6e C-atoom en 1e C-atoom van de volgende
monomeereenheid. Als gevolg ontstaat de sterk
vertakte glycogeenstructuur. Glycogeen wordt
opgeslagen in granulas waarin binnen zich ook
enzymen vereist voor glycogeensynthese en
glycogenolyse bevinden in het cytoplasma van
skeletspiercellen maar voornamelijk levercellen.
Voordelig aan glucoseopslag middels glycogeen is
dat de osmotische druk niet stijgt zoals bij
individuele monosacharide het geval zou zijn.
Bij een hoge osmotische druk zouden de
levercellen namelijk op gaan zwellen.
Glycogenese (glycogeen synthese)
Bij een hoog bloedsuikergehalte wordt insuline aangemaakt dat signaleert voor de omzetting van glucose in
glycogeen middels glycogeensynthase enzymen. Glucokinase in levercellen en hexokinase in spiercellen
zorgen voor de omzetting tot glucose-6-fosfaat. Bij hoge bloedsuikers wordt glucose-6-fosfaat omgezet in
glucose-1-fosfaat waarna dit in 2 stappen wordt omgezet in glycogeen.
Glycogenolyse (glycogeen afbraak)
Glucose 6-fosfaat komt vrij in zowel de lever als skeletspieren via een reactie waarbij glucose 1 -fosfaat
gevormd wordt gekatalyseerd door glycogeen phosphorylase. Later wordt dit omgezet in glucose 6-
fosfaat. Maar hierna verschilt glycogenolyse tussen levercellen en skeletspiercellen. De skeletspieren
breken glycogeen af in glucose voor eigengebruik ofwel na het loskoppel en van de glucosemoleculen
starten de spiercellen met glycolyse. Terwijl in de lever glucose 6-fosfaatase vrije glucose kan vormen om
deze af te staan aan het bloed
Vetten (Opslag van vet)
Triacylglyceriden (TAG) bestaat uit een
glycerol-backbone waarbij de OH-groep is
veresterd met een vetzuurstaart. Acyl in
Triacylglyceriden (TAG) duidt op de
vetzuurzijketen. Let op: Acetyl is een
CH3-C=O groep!
Afbraakroutes en belangrijke moleculen
• Hoog-energetisch fosfaat: ATP
• Electronen dragers:
o NADH and NAD+
o FADH2 and FAD
• Acetyl carrier (activering): Co-enzyme A
o Vetafbraak
o Suikerafbraak
o Ketogene aminozuren
, De snelste ATP bron in spiercellen is creatinefosfaat. De beschikbare hoeveelheid van creatinefosfaat is
beperkt. Na 6s zal glucose worden opgezet worden in lactaat waarbij de spierglycogeenvoorraad wordt
gebruikt. Tijdens de glycolyse wordt via 4 enzymatische stappen 2 pyruvaatmoleculen worden gevormd.
Glycolyse
Glycolyse is de afbraak van glucose tot 2 moleculen pyruvaat. Er is aerobe en anaerobe glycolyse. Onder
anaerobe condities is de citroenzuurcyclus geremd en zal pyruvaat worden omgezet in lactaat. Deze laatset
kost een NADH molecuul. Het NADH dat eerder is gevormd door de omzetting van glyceraldehyde-3-fosfaat
in 1,3- bisfosfoglyceraat (intermediairen hoef je niet te kennen) wordt dus gebruikt voor de vorming van
lactaat ipv voor ATP productie. Op die manier is NAD+ echter weer recycled dus kan de anearobe afbraak
van glucose continueren..
Anaerobe glucosekatabolisme
De anaerobe glycolyse levert minder energie (ATP) op dan de aerobe afbraak van glucose. Lactaat
(melkzuur) is een zuur en accumulatie van lactaat onder anaerobe condities kan dus tot acidose leiden.
Lactaat wordt door cellen afgegeven aan het bloed. De lever neemt dit op en kan lactaat via de
gluconeogenese weer omzetten in glucose. Dit is de Cori cyclus. Gluconeogenese=de nieuwvorming van
glucose en kost uiteraard de investering van energie. De lever geeft de glucose weer af aan het bloed en deze
glucose kan door de spiercel weer gebruikt worden.
Onder anaerobe omstandigheden blijven pyruvaat en NADH gevormd tijdens glycolyse in het cytosol waar
pyruvaat omgezet wordt in melkzuur (lactaat) of alcohol en CO2 bij gistcellen middels fermentatie.
Fermentatie zorgt ervoor dat NADH weer wordt omgezet tot NAD+ zodat de glycolyse nog kan plaatsvinden.
De netto opbrengst is 2ATP per glucosemolecuul doordat alleen glycolyse plaatsvindt.
Witte spiervezels kunne makkelijk anearoob zijn breed en dik, benen sprinter
