CH.68 Metabolisme van koolhydraten en vorming van
adenosinetrifosfaat
Vrijgave van energie uit voedsel en "vrije energie"
Alle energiegevende voedingsmiddelen kunnen in cel worden geoxideerd → grote
hoeveelheden energie komen vrij. Om deze energie te gebruiken moeten chemische reacties
worden 'gekoppeld' aan systemen die verantwoordelijk zijn voor fysiologische functies. Dit
gebeurt door speciale cellulaire enzymen en energieoverdrachtsystemen.
Hoeveelheid energie die vrij komt bij volledige oxidatie voedingsmiddel → vrije energie,
weergegeven met ∆G, meestal uitgedrukt in calorieën per mol.
Adenosinetrifosfaat is de 'energievaluta' van het lichaam
Energie uit voedingsmiddelen gebruikt voor omzetten ADP in ATP. ATP → combinatie van
adenine, ribose en 3 fosfaatradicalen. Verwijdering van elk van laatste 2 fosfaatradicalen
maakt ongeveer 12.000 calorieën aan energie vrij. Na verlies van 2e fosfaatradicaal → AMP.
ATP is overal aanwezig in cytoplasma en nucleoplasma van alle cellen. 90% van alle
koolhydraten wordt gebruikt voor vorming ATP uit ADP.
Centrale rol van glucose in het koolhydraatmetabolisme
Eindproducten koolhydraatvertering bijna volledig glucose,
fructose en galactose. Fructose en galactose worden na
absorptie in darmkanaal omgezet in glucose. In levercellen zijn
enzymen voor omzettingen tussen monosachariden te
bevorderen. Als monosachariden vanuit lever in bloed
terugkomen → eindproduct bijna volledig glucose → komt door
glucosefosfatase in levercellen, glucose-6-fosfaat kan hier
worden afgebroken tot glucose en fosfaat.
Glucosetransport door celmembranen
Glucose kan niet makkelijk door poriën van celmembraan
diffunderen omdat het een te groot molecuul gewicht heeft.
Door lipidematrix van celmembraan dringen grote aantallen
eiwitdragende moleculen die zich met glucose kunnen binden.
Glucose kan nu door drager door membraan getransporteerd
worden. Glucose zal steeds naar het gebied met de laagste
glucoseconcentratie worden getransporteerd. Door maag-darmmembraan of epitheel van
niertubuli gaat dit anders: glucose wordt vervoerd via actief natrium-glucose co-transport,
waarbij actief natriumtransport energie levert voor opname van glucose tegen
concentratieverschil in.
Insuline verhoogt de gefaciliteerde verspreiding van glucose
Transportsnelheid glucose verhoogd door insuline tot 10x of meer de transportsnelheid
wanneer geen insuline wordt afgescheiden. Bij afwezigheid van insuline zal er veel te weinig
glucose lichaamscellen in gaan dan wat nodig is voor de energiestofwisseling. Snelheid
waarmee koolhydraten in cellen worden gebruikt wordt bepaald door snelheid van afgifte
insuline en gevoeligheid van verschillende weefsels.
, Fosforylering van glucose
Na binnenkomst in cel verbindt glucose met fosfaatradicaal → bevorderd door enzym
glucokinase en hexokinase. Deze fosforylering onomkeerbaar, behalve in levercellen, renale
tubulaire epitheelcellen en intestinale epitheelcellen → hier is glucosefosfatase → kan
reactie omkeren. Door fosforylering glucose kan glucose niet meer de cel uit diffunderen.
Glycogeen wordt opgeslagen in de leven en de spieren
Glucose kan worden opgeslagen in vorm van glycogeen. Levercellen en spiercellen kunnen
veel glycogeen opslaan, andere cellen een beetje. Meeste glycogeen slaat neer in vorm van
vaste korrels → grote hoeveelheden koolhydraten kunnen worden opgeslagen zonder dat
osmotische druk van intracellulaire vloeistoffen significant veranderd.
Glycogenese - Vorming van glycogeen
Glucose-6-fosfaat wordt omgezet in glucose-1-fosfaat, daarna
omgezet in uridinefosfaat-glucose, dat weer omgezet wordt in
glycogeen, hiervoor zijn enzymen nodig. Kleinere verbindingen
zoals melkzuur, glycerol, pyrodruivenzuur en sommige
gedemineerde aminozuren kunnen ook omgezet worden in
glucose en daarna in glycogeen.
Glycogenolyse - Afbraak van opgeslagen glycogeen
Er wordt opnieuw glucose gevormd voor het leveren van energie.
Elk volgend glucosemolecuul op elke tak van glycogeenpolymeer wordt gesplitst door
fosforylering, dit wordt gekatalyseerd door het enzym fosforylase. In rust → fosforylase
inactief.
Activering van fosforylase door epinefrine of door glucagon
Dit zijn 2 hormonen die door activering van fosforylase kunnen zorgen voor snelle
glycogenolyse. Initiële effect → bevorderen vorming van cyclisch AMP in de cellen, dit zet
reacties in gang dat fosforylase activeert. Epinefrine → afgegeven bij stimulatie sympatisch
ZS door bijnieren. Glucagon → afgegeven door alfacellen in pancreas wanneer
bloedglucoseconcentratie te laag wordt → stimuleert vooral vorming cyclisch AMP in
levercellen.
Afgifte van energie uit glucose via glycolytische route
Als glucose in 1x wordt afgebroken zou er energie worden verspild → glucose in kleine
stapjes afbreken → hierbij wordt 38 mol ATP gevormd voor elke mol glucose die door de
cellen wordt gemetaboliseerd.
adenosinetrifosfaat
Vrijgave van energie uit voedsel en "vrije energie"
Alle energiegevende voedingsmiddelen kunnen in cel worden geoxideerd → grote
hoeveelheden energie komen vrij. Om deze energie te gebruiken moeten chemische reacties
worden 'gekoppeld' aan systemen die verantwoordelijk zijn voor fysiologische functies. Dit
gebeurt door speciale cellulaire enzymen en energieoverdrachtsystemen.
Hoeveelheid energie die vrij komt bij volledige oxidatie voedingsmiddel → vrije energie,
weergegeven met ∆G, meestal uitgedrukt in calorieën per mol.
Adenosinetrifosfaat is de 'energievaluta' van het lichaam
Energie uit voedingsmiddelen gebruikt voor omzetten ADP in ATP. ATP → combinatie van
adenine, ribose en 3 fosfaatradicalen. Verwijdering van elk van laatste 2 fosfaatradicalen
maakt ongeveer 12.000 calorieën aan energie vrij. Na verlies van 2e fosfaatradicaal → AMP.
ATP is overal aanwezig in cytoplasma en nucleoplasma van alle cellen. 90% van alle
koolhydraten wordt gebruikt voor vorming ATP uit ADP.
Centrale rol van glucose in het koolhydraatmetabolisme
Eindproducten koolhydraatvertering bijna volledig glucose,
fructose en galactose. Fructose en galactose worden na
absorptie in darmkanaal omgezet in glucose. In levercellen zijn
enzymen voor omzettingen tussen monosachariden te
bevorderen. Als monosachariden vanuit lever in bloed
terugkomen → eindproduct bijna volledig glucose → komt door
glucosefosfatase in levercellen, glucose-6-fosfaat kan hier
worden afgebroken tot glucose en fosfaat.
Glucosetransport door celmembranen
Glucose kan niet makkelijk door poriën van celmembraan
diffunderen omdat het een te groot molecuul gewicht heeft.
Door lipidematrix van celmembraan dringen grote aantallen
eiwitdragende moleculen die zich met glucose kunnen binden.
Glucose kan nu door drager door membraan getransporteerd
worden. Glucose zal steeds naar het gebied met de laagste
glucoseconcentratie worden getransporteerd. Door maag-darmmembraan of epitheel van
niertubuli gaat dit anders: glucose wordt vervoerd via actief natrium-glucose co-transport,
waarbij actief natriumtransport energie levert voor opname van glucose tegen
concentratieverschil in.
Insuline verhoogt de gefaciliteerde verspreiding van glucose
Transportsnelheid glucose verhoogd door insuline tot 10x of meer de transportsnelheid
wanneer geen insuline wordt afgescheiden. Bij afwezigheid van insuline zal er veel te weinig
glucose lichaamscellen in gaan dan wat nodig is voor de energiestofwisseling. Snelheid
waarmee koolhydraten in cellen worden gebruikt wordt bepaald door snelheid van afgifte
insuline en gevoeligheid van verschillende weefsels.
, Fosforylering van glucose
Na binnenkomst in cel verbindt glucose met fosfaatradicaal → bevorderd door enzym
glucokinase en hexokinase. Deze fosforylering onomkeerbaar, behalve in levercellen, renale
tubulaire epitheelcellen en intestinale epitheelcellen → hier is glucosefosfatase → kan
reactie omkeren. Door fosforylering glucose kan glucose niet meer de cel uit diffunderen.
Glycogeen wordt opgeslagen in de leven en de spieren
Glucose kan worden opgeslagen in vorm van glycogeen. Levercellen en spiercellen kunnen
veel glycogeen opslaan, andere cellen een beetje. Meeste glycogeen slaat neer in vorm van
vaste korrels → grote hoeveelheden koolhydraten kunnen worden opgeslagen zonder dat
osmotische druk van intracellulaire vloeistoffen significant veranderd.
Glycogenese - Vorming van glycogeen
Glucose-6-fosfaat wordt omgezet in glucose-1-fosfaat, daarna
omgezet in uridinefosfaat-glucose, dat weer omgezet wordt in
glycogeen, hiervoor zijn enzymen nodig. Kleinere verbindingen
zoals melkzuur, glycerol, pyrodruivenzuur en sommige
gedemineerde aminozuren kunnen ook omgezet worden in
glucose en daarna in glycogeen.
Glycogenolyse - Afbraak van opgeslagen glycogeen
Er wordt opnieuw glucose gevormd voor het leveren van energie.
Elk volgend glucosemolecuul op elke tak van glycogeenpolymeer wordt gesplitst door
fosforylering, dit wordt gekatalyseerd door het enzym fosforylase. In rust → fosforylase
inactief.
Activering van fosforylase door epinefrine of door glucagon
Dit zijn 2 hormonen die door activering van fosforylase kunnen zorgen voor snelle
glycogenolyse. Initiële effect → bevorderen vorming van cyclisch AMP in de cellen, dit zet
reacties in gang dat fosforylase activeert. Epinefrine → afgegeven bij stimulatie sympatisch
ZS door bijnieren. Glucagon → afgegeven door alfacellen in pancreas wanneer
bloedglucoseconcentratie te laag wordt → stimuleert vooral vorming cyclisch AMP in
levercellen.
Afgifte van energie uit glucose via glycolytische route
Als glucose in 1x wordt afgebroken zou er energie worden verspild → glucose in kleine
stapjes afbreken → hierbij wordt 38 mol ATP gevormd voor elke mol glucose die door de
cellen wordt gemetaboliseerd.
