Thema 3: Eiwitmetabolisme
Zelfstudie: Stikstofmetabolisme: eiwitten, aminozuren en purines
3.1 Structuur en functie
Aminozuren zijn bouwstenen waaruit eiwitten worden gesynthetiseerd.
Eiwitten zijn gewoonlijk opgebouwd uit een twintigtal verschillende
aminozuren. Alle aminozuren, behalve proline, hebben aan het α-
koolstofatoom een vrije carboxyl en een vrije aminogroep covalent gekoppeld: dit zijn de groepen waartussen
een peptidebinding ontstaat bij de eiwitsynthese. Er is een grote variatie in zijketens, waardoor de chemische
eigenschappen van de verschillende aminozuren verschillen. Deze grote verscheidenheid, en alle
verschillende mogelijke volgordes, maakt het mogelijk zeer veel unieke eiwitten op te bouwen. Door covalente
modificatie (hydroxylering, acetylering, carboxylering, fosforylering) van aminozuren wordt het scala aan
specifieke eigenschappen nog veel groter.
3.2 Stikstofbalans (N-balans)
In een gezond, volwassen dier is de totale hoeveelheid eiwit [EIWITTOT]
redelijk constant; ~17% van het lichaamsgewicht. Toch is er een actieve
turnover van eiwit; er wordt eiwit in de vorm van ureum uitgescheiden met
de urine, bij de mens ongeveer 1% van het totale eiwit per dag.
Normaal ben je dus in N-balans; je krijgt evenveel N binnen via het
voedsel, als dat je uitscheidt. Bij jonge, groeiende, en drachtige dieren is
de stikstofbalans positief; er wordt meer N opgenomen dan
uitgescheiden. Bij hongeren, te weinig eiwit in de voeding, of een onjuiste eiwitsamenstelling van de voeding,
is de stikstofbalans juist negatief. Dan wordt er netto meer N uitgescheiden dan opgenomen.
3.3 Aminozuurafbraak
Metabolisme van aminozuren is nog actiever dan dat van eiwitten. In tegenstelling tot koolhydraten en vetten
(die als voorraad kunnen worden opgeslagen) spelen de N-houdende verbindingen voornamelijk een rol als
bestanddelen van dynamische systemen met een actieve turnover. Er is dus maar beperkte mogelijkheid voor
opslag. Ook worden aminozuren gebruikt voor synthese van belangrijke verbindingen (purine, pyrimidine,
heem, signaalstoffen, etc.).
Elk aminozuur wat niet gebruikt wordt als bouwstof, wordt afgebroken. Dit gebeurt vooral in de lever. De
eerste stap is het verwijderen van de stikstof. Er blijven dan α-ketozuren over, die dan gemetaboliseerd
worden, waarbij het koolhydraatskelet het normale metabolisme kan instromen als precursor van glucose of
Krebscyclus intermediair.
De α-aminogroep wordt overgebracht naar α-ketoglutaraat, om zo glutamaat te vormen. Dat gebeurt met een
aminotransferase (transaminase) enzym. Dit wordt vervolgens oxidatief gedeamineerd om een ammonium
ion te genereren (NH4+). Daardoor ontstaat α-ketoglutaraat
weer. Deze reactie wordt gekatalyseerd door
glutamaatdehydrogenase. Dit enzym kan zowel NADH
als NADPH gebruiken voor het reducerend vermogen (in
sommige diersoorten). Het bevindt zich in het
mitochondrium. Dat is goed, want daardoor komt
ammonium niet los in de cel (toxisch). In gewervelden
wordt de activiteit van glutamaatdehydrogenase
allosterisch gereguleerd; het enzym bestaat uit 6 identieke
subunits. ATP en GTP zijn allostere remmers, terwijl GDP
en ADP allostere activators zijn. Dus: een verminderd
energieniveau in de cel versnelt de oxidatie van
aminozuren. De somreactie van aminozuurafbraak is:
α-aminozuur + NAD+ + H2O α-ketozuur + NH4+ + NADH + H+
Zelfstudie: Stikstofmetabolisme: eiwitten, aminozuren en purines
3.1 Structuur en functie
Aminozuren zijn bouwstenen waaruit eiwitten worden gesynthetiseerd.
Eiwitten zijn gewoonlijk opgebouwd uit een twintigtal verschillende
aminozuren. Alle aminozuren, behalve proline, hebben aan het α-
koolstofatoom een vrije carboxyl en een vrije aminogroep covalent gekoppeld: dit zijn de groepen waartussen
een peptidebinding ontstaat bij de eiwitsynthese. Er is een grote variatie in zijketens, waardoor de chemische
eigenschappen van de verschillende aminozuren verschillen. Deze grote verscheidenheid, en alle
verschillende mogelijke volgordes, maakt het mogelijk zeer veel unieke eiwitten op te bouwen. Door covalente
modificatie (hydroxylering, acetylering, carboxylering, fosforylering) van aminozuren wordt het scala aan
specifieke eigenschappen nog veel groter.
3.2 Stikstofbalans (N-balans)
In een gezond, volwassen dier is de totale hoeveelheid eiwit [EIWITTOT]
redelijk constant; ~17% van het lichaamsgewicht. Toch is er een actieve
turnover van eiwit; er wordt eiwit in de vorm van ureum uitgescheiden met
de urine, bij de mens ongeveer 1% van het totale eiwit per dag.
Normaal ben je dus in N-balans; je krijgt evenveel N binnen via het
voedsel, als dat je uitscheidt. Bij jonge, groeiende, en drachtige dieren is
de stikstofbalans positief; er wordt meer N opgenomen dan
uitgescheiden. Bij hongeren, te weinig eiwit in de voeding, of een onjuiste eiwitsamenstelling van de voeding,
is de stikstofbalans juist negatief. Dan wordt er netto meer N uitgescheiden dan opgenomen.
3.3 Aminozuurafbraak
Metabolisme van aminozuren is nog actiever dan dat van eiwitten. In tegenstelling tot koolhydraten en vetten
(die als voorraad kunnen worden opgeslagen) spelen de N-houdende verbindingen voornamelijk een rol als
bestanddelen van dynamische systemen met een actieve turnover. Er is dus maar beperkte mogelijkheid voor
opslag. Ook worden aminozuren gebruikt voor synthese van belangrijke verbindingen (purine, pyrimidine,
heem, signaalstoffen, etc.).
Elk aminozuur wat niet gebruikt wordt als bouwstof, wordt afgebroken. Dit gebeurt vooral in de lever. De
eerste stap is het verwijderen van de stikstof. Er blijven dan α-ketozuren over, die dan gemetaboliseerd
worden, waarbij het koolhydraatskelet het normale metabolisme kan instromen als precursor van glucose of
Krebscyclus intermediair.
De α-aminogroep wordt overgebracht naar α-ketoglutaraat, om zo glutamaat te vormen. Dat gebeurt met een
aminotransferase (transaminase) enzym. Dit wordt vervolgens oxidatief gedeamineerd om een ammonium
ion te genereren (NH4+). Daardoor ontstaat α-ketoglutaraat
weer. Deze reactie wordt gekatalyseerd door
glutamaatdehydrogenase. Dit enzym kan zowel NADH
als NADPH gebruiken voor het reducerend vermogen (in
sommige diersoorten). Het bevindt zich in het
mitochondrium. Dat is goed, want daardoor komt
ammonium niet los in de cel (toxisch). In gewervelden
wordt de activiteit van glutamaatdehydrogenase
allosterisch gereguleerd; het enzym bestaat uit 6 identieke
subunits. ATP en GTP zijn allostere remmers, terwijl GDP
en ADP allostere activators zijn. Dus: een verminderd
energieniveau in de cel versnelt de oxidatie van
aminozuren. De somreactie van aminozuurafbraak is:
α-aminozuur + NAD+ + H2O α-ketozuur + NH4+ + NADH + H+
