H1: glycolyse en gluconeogenese
LEERDOELEN 8
1. INLEIDING 8
Definities glycolyse en gluconeogenese 8
Glucose als brandstof molecule 8
Fermentatie vs. complexe oxidatie 9
Lot van glucose in verschillende cellen 9
2. OPNAME VAN GLUCOSE IN DE CEL VIA TRANSPORTERS 10
Gefaciliteerde diffusie: GLUT transporters 10
Regulatie van GLUT4 moleculen: exocytose / endocytose cyclus 11
Actief transport: 𝑵𝒂 +/glucose symporters 11
Transport via poortsysteem (ping pong) 12
3. DE GLYCOLYSE 12
Fase 1: conversie glucose → fructose-1,6-bifosfaat 12
Hexokinase 12
Phosphoglucose isomerase 13
Phosphofructokinase (PFK) 13
Fase 2: klieving van hexose in 2 triosen 13
Fase 3: omvorming triose in pyruvaat (energie transformatie) 14
Glyceraldehyde-3-fosfaat dehydrogenase (GAPDH) 14
Vorming ATP uit 1,3-BPG 15
Vorming additioneel ATP en vorming pyruvaat 16
Overzicht: energie opbrengst 16
Behoud redoxbalans: het lot van pyruvaat 17
Ethanol fermentatie 17
Lactaat fermentatie: lactaat dehydrogenase 18
Disachariden als bron van koolhydraten: sucrose & lactose 19
Galactose metabolisme 19
Fructose metabolisme in de lever 19
Fructose metabolisme in lever vs. vet 19
Metabole ziekten 20
Lactose intolerantie 20
Galactosemia 20
Fructose intolerantie 20
Glycolytische weg is strikt gecontroleerd 21
Situatie in de spier 21
Situatie in de lever 22
1
, H1: glycolyse en gluconeogenese
Kanker en glycolyse 23
4. DE GLUCONEOGENESE 25
Noodzaak van gluconeogenese 25
Pyruvaat carboxylase 25
Phosphoenol pyruvaat carboxykinase (PEPCK) 26
Overzicht 27
Omzetting glycerol naar DHAP 27
Fosfatasen 27
Stoichiometrie van de gluconeogenese 28
Gluconeogenese en glycolyse worden reciprook geregeld 28
Balans glycolyse en gluconeogenese in lever = gevoelig aan bloed-glucose concentratie 30
Hormonale regulatie op transcriptieniveau 31
Substraatcyclering 31
Cori cyclus 32
Cahill cyclus 32
LEERDOELEN 34
1. INLEIDING 34
De citroenzuurcyclus (Krebscyclus) 34
Overzicht 34
2. OMZETTING PYRUVAAT NAAR ACETYL-COA 35
Pyruvaat dehydrogenase complex (PDH complex) 35
Werkingsmechanisme PDH complex 35
Structuur PDH complex 37
3. REACTIES VAN DE CITROENZUURCYCLUS 38
Citraat synthase 38
Cis-aconitase 39
Isocitraat dehydrogenase 39
𝜶-ketoglutaraat dehydrogenase complex 39
Succinyl-CoA synthase 40
Succinaat dehydrogenase 40
Fumarase 41
Malaat dehydrogenase 41
2
, H1: glycolyse en gluconeogenese
Overzicht 41
Energie winst 42
4. REGULATIE VAN DE CITROENZUURCYCLUS 42
Regulatie PDH complex 42
Regulatie czc 43
Isocitraat dehydrogenase 43
𝛼-ketoglutaraat dehydrogenase complex 43
5. AMFIBOOL KARAKTER 44
Amfibole pathway: katabool & anabool 44
6. METABOLE AANDOENINGEN DOOR DEFECTEN IN CZC 44
PDH complex deficiëntie (PDCD) (zeldzaam) 44
LEERDOELEN 46
INLEIDING 46
Nood aan ATP regeneratie 46
Werking 46
Overzicht 47
Oxidatieve fosforylatie in mitochondria 47
2. VRIJE ENERGIE OPBRENGST VAN ELEKTRONENTRANSPORT 48
Redoxpotentiaal en verandering in vrije energie 48
Voorbeeld 1: pyruvaat → lactaat 49
Voorbeeld 2: ∆𝐺 opbrengst bij reductie 12𝑂2 → 𝐻2𝑂 49
∆G nodig voor transport van 𝟏𝑯 + naar intermembranaire ruimte 49
3. DE ELEKTRONENTRANSPORTKETEN (ETK) 50
Respiratieketen bestaat uit 4 complexen 50
Complex I: NADH-Q oxidoreductase 51
Complex II: succinaat-Q reductase 52
Complex III: Q-cytochroom c oxidoreductase 52
Complex IV: cytochroom c oxidase 54
Overzicht reacties: protonentransfer in ETK 54
Ontstaan van reactive oxygen species (ROS) 55
3
, H1: glycolyse en gluconeogenese
Detoxificatie van ROS 55
4. DE PROTONENGRADIËNT DRIJFT ATP-SYNTHESE 55
Verband elektronentransport en ATP-synthese 55
Experimenteel bewijs – model van Mitchell 56
ATP synthase (𝑭𝟏 − 𝑭𝟎 synthase) 56
5. TRANSPORT DOORHEEN MITOCHONDRIALE MEMBRANEN 59
Drijvende kracht achter mitochondriaal membraan transport 59
ATP-ADP translocase 59
Phosphatase-OH transporter 59
6. TOTALE ATP OPBRENGST UIT GLUCOSE 60
Overzicht oxidatieve fosforylatie 60
Glycerol-3-phosphate shuttle van cytosolische elektronen naar ETK 60
Volledige oxidatie van 1 glucose levert ~𝟑𝟎 𝑨𝑻𝑷 60
Malaat-Aspartaat shuttle (lever / hart) van cytosolische elektronen naar ETK 61
7. REGULAITE VAN DE CELLULAIRE RESPIRATIE 61
Respiratoire controle ATP synthese a.f.v. 𝑨𝑫𝑷 (= energy charge) 61
Inhibitie van de ETK 61
Ontkoppeling oxidatieve fosforylatie 62
Mitochondriale ziekten 62
Krachttransmissie door protonengradiënt 63
LEERDOELEN 64
1. INLEIDING 64
2. REACTIES VAN DE PENTOSEFOSFAAT PATHWAY 64
Fase 1: oxidatieve fase 65
Fase 2: niet-oxidatieve fosforylatie 66
Transketolase I 66
Transaldolase 67
Transketolase II 67
Overzicht reacties PPP 68
3. LOT VAN GLUCOSE-6-FOSFAAT 68
4
, H1: glycolyse en gluconeogenese
Regulatie PPP 68
Modus 1: behoefte ribose-5-P >>> behoefte NADPH 68
Modus 2: behoefte ribose-5-P = behoefte NADPH 69
Modus 3: behoefte ribose-5-P <<< behoefte NADPH 69
Modus 4: naast NADPH ook behoefte ATP 70
4. ROL PPP IN BESCHERMING TEGEN OXIDATIEVE STRESS 71
Detoxificatie ROS in erythrocyten 71
G-6-P dehydrogenase deficiëntie 71
LEERDOELEN 73
1. INLEIDING 73
Structuur van glycogeen 73
Waarom slaan we glucose op in de vorm van glycogeen? 73
2. GLYCOGEEN AFBRAAK 74
Lot van G6P na vrijstelling uit glycogeen 74
Enzymen voor glycogeen afbraak 74
1) Glycogeen phosphorylase 74
2) Phosphoglucomutase 75
3) Transferase en 𝛼-1,6-glucosidase 76
3. REGULATIE VAN GLYCOGEEN AFBRAAK 77
Glycogeen phosphorylase – regulatiepunt 77
Glycogeen phosphorylase: regulatie door covalente modificatie 77
Epinefrine & glucagon zijn signalen voor glycogeen afbraak 78
4. GLYCOGEEN SYNTHESE 79
Glycogeen synthese en afbraak gebeuren langs verschillende wegen 79
1) UDP-glucose pyrophosphorylase 80
2) Glycogeen synthase 80
3) Glycogenin: priming 80
4) Branching enzyme 80
5. REGULATIE GLYCOGEEN SYNTHESE 80
Glycogeen synthase = sleutelenzyme voor regulatie 81
6. RECIPROKE REGULATIE GLYCOGEEN AFBRAAK & SYNTHESE 81
Glycogeen als efficiënte opslagvorm van glucose 81
Weinig energie nodig voor glycogeen afbraak 81
5
, H1: glycolyse en gluconeogenese
Afbraak & synthese zijn strikt gereguleerd 82
Reciproke regulatie door epinefrine (spier) en glucagon (lever) via PKA 82
Reciproke regulatie door PP1 bij spier in rust / na maaltijd door insuline 83
Glycogeen metabolisme in de lever regelt de bloedglucosespiegel 84
Insuline stimuleert glycogeen synthese 84
7. METABOLE AANDOENINGEN 84
Glycogeen opslag ziekten 84
LEERDOELEN 86
1. INLEIDING 86
Nood aan zuurstof 86
2. HEMOGLOBINE EN MYOGLOBINE 86
Globine superfamilie: hemoglobine (Hb) vs. myoglobine (Mb) 87
(1) Myoglobine (Mb) 87
(2) Hemoglobine (Hb) 88
Hill grafieken van Mb en Hb 89
89
Coöperativiteit verbetert 𝑂2-transport functie van Hb 90
Coöperativiteit in Hb: conformatieverandering heemgroep 90
3. ALLOSTERISCHE EFFECTOREN VAN HEMOGLOBINE 91
2,3-biphosphoglycerate (BPG) 91
Bohr effect 92
Modellen van allosterie / coöperativiteit: sequentieel KNF en concerted MWC model 93
4. ZIEKTEN VEROORZAAKT DOOR MUTATIES IN HEMOGLOBINE 93
Sikkelcelanemie (HbS) 93
Thalassemie 94
PATHWAYS 94
Glycolyse 94
Gluconeogenese 97
Citroenzuurcyclus / Krebs cyclus 98
Oxidatieve fosforylatie – elektronentransportketen 100
6
, H1: glycolyse en gluconeogenese
Pentosefosfaat pathway (PPP) 102
Glycogeen metabolisme 104
Glycogenesis 104
Glycogenolysis 106
7
, H1: glycolyse en gluconeogenese
Hoofdstuk 1: glycolyse en gluconeogenese
Zie einde hoofdstuk voor uitwerkingen van de leerdoelen.
LEERDOELEN
❑ Begrijpen van het lot van glucose in verschillende organen (zie ook pentosefosfaat en glycogeen
pathways)
❑ Begrijpen hoe glucose passief en actief wordt opgenomen in de cel
❑ De enzymatische stappen van de glycolyse alsook hun thermodynamische evenwichten begrijpen en
herkennen, zowel vanuit glucose, galactose als fructose
❑ Begrijpen hoe de redox balans van de glycolyse wordt bewaard
❑ Begrijpen hoe defecten in bepaalde glycolytische enzymen metabolische ziekten veroorzaken
❑ Begrijpen hoe de glycolyse wordt gereguleerd
1. INLEIDING
Definities glycolyse en gluconeogenese
Glycolyse = katabool Gluconeogenese = anabool
Afbraak van glucose → 2 pyruvaat Aanmaak van glucose uit precursors (bv. pyruvaat,
Energie: productie van 2 ATP lactaat)
→ NIET gewoon elkaars omgekeerde ≠ reversibel !!
→ Gemeenschappelijk: enkele intermediairen + enkele enzymen
→ Verschillen: ook specifieke (unieke) enzymen per pathway
Glucose als brandstof molecule
• Glycolyse: evolutionair sterk geconserveerd (komt voor in bijna alle organismen)
• Polysachariden (zetmeel, glycogeen) → afgebroken tot glucose (= monosacchariden)
o Glucose meestal als ringstructuur → geen vrije aldehylgroep → stabieler
o ⟺ sommige andere suikers die vaker een open (reactieve) vorm hebben
Ontstaan van glucose:
o Kan gevormd worden onder pre-biotische omstandigheden → voor het bestaan van leven
o Via formosereactie uit formaldehyde
Energieproductie:
o Geen 𝑂2 nodig voor ATP-productie (via glycolyse)
▪ Mogelijk in anaerobe omstandigheden
Belang in het lichaam:
8 o RBC:
▪ Altijd volledig afhankelijk van glucose
▪ Mitochondria → geen alternatieven
, H1: glycolyse en gluconeogenese
o Hersenen:
▪ Normaal: enige brandstof = glucose
▪ Bij starvation: ook gebruik van ketonlichamen
Fermentatie vs. complexe oxidatie
Anaeroob Aeroob
Glycolyse: glucose → 2
pyruvaat (netto 2 ATP)
Zonder 𝑂2 “overleeft” de cel
door pyruvaat om te zetten in
afvalproducten (lactaal/ethanol)
voor een beetje ATP
Lot van glucose in verschillende cellen
RBC Alleen glycolyse + fermentatie
GEEN mitochondria → geen citroenzuurcyclus / ox.
fosfor
Volledig afhankelijk van glucose
Pyruvaat → lactaat (→ naar buiten)
Thv G-6-P beslist wat er gebeurt met glucose:
pentosefosfaatpad (→ ribose)
Hersencellen Glycolyse + citroenzuurcyclus + oxidatieve
fosforylatie
Wel mitochondria → veel ATP-productie
Volledig afhankelijk van glucose (niet bij starvation)
G6P → pentosefosfaat pathway → ribose
Hart + spier Glycolyse + aeroob EN anaeroob metabolisme
Pyruvaat:
▪ Aerob: citroenzuurcyclus
▪ Anaeroob: pyruvaat → lactaat (→ naar buiten)
Opslag: glucose → glycogeen (via G6P; pentosefosfaat
pathway)
Belangrijk: glucose-6-fosfaat = centraal knooppunt
9
→ glycolyse
→ glycogeenopslag
→ pentosefosfaat pathway (→ ribose)
, H1: glycolyse en gluconeogenese
Vet Energieopslag: niet primair voor ATP-productie
Glucose:
▪ → Glycogeen (opslag)
▪ → Pyruvaat → acetyl-CoA → vetzuren
Levercellen Meest veelzijdig: glycolyse + citroenzuurcyclus
(aeroob) + fermentatie (anaeroob) + glycogeen opslag
+ vetzuursynthese
Gluconeogenese (samen met nier): pyruvaat →
glucose
Enige orgaan dat glucose kan vrijgeven aan bloed!
2. OPNAME VAN GLUCOSE IN DE CEL VIA TRANSPORTERS
Glucose = hydrofiel → geen diffusie door membraan → opname gebeurt ALTIJD via transporters (carrier-
gemedieerd)
Passief transport (gefaciliteerde diffusie) Actief transport
Via GLUT-transporters Via 𝑁𝑎 /glucose symporter
+
Met concentratiegradiënt mee (hoog → laag) Tegen concentratiegradiënt in (laag → hoog)
Geen ATP nodig = passief Wel energie nodig (indirect via ATP) = actief
Gefaciliteerde diffusie: GLUT transporters
Algemene kenmerken:
o Transmembranaire eiwitten
o Werken via conformatieverandering (“poort” mechanisme)
o Transport van glucose met de concentratiegradiënt mee (=
passief)
Types:
o Verschillen in:
▪ Expressie (in welke weefsels) GLUT1, GLUT2, GLUT3, GLUT4:
▪ Kinetiek (Km-waarde)* glucose
Km en betekenis: normale bloedglucose = 4-8 nM GLUT5: fructose
o GLUT1, -2, -3:
▪ Km ligt butien normale glucoseconcentratie → niet sterk gereguleerd
10
LEERDOELEN 8
1. INLEIDING 8
Definities glycolyse en gluconeogenese 8
Glucose als brandstof molecule 8
Fermentatie vs. complexe oxidatie 9
Lot van glucose in verschillende cellen 9
2. OPNAME VAN GLUCOSE IN DE CEL VIA TRANSPORTERS 10
Gefaciliteerde diffusie: GLUT transporters 10
Regulatie van GLUT4 moleculen: exocytose / endocytose cyclus 11
Actief transport: 𝑵𝒂 +/glucose symporters 11
Transport via poortsysteem (ping pong) 12
3. DE GLYCOLYSE 12
Fase 1: conversie glucose → fructose-1,6-bifosfaat 12
Hexokinase 12
Phosphoglucose isomerase 13
Phosphofructokinase (PFK) 13
Fase 2: klieving van hexose in 2 triosen 13
Fase 3: omvorming triose in pyruvaat (energie transformatie) 14
Glyceraldehyde-3-fosfaat dehydrogenase (GAPDH) 14
Vorming ATP uit 1,3-BPG 15
Vorming additioneel ATP en vorming pyruvaat 16
Overzicht: energie opbrengst 16
Behoud redoxbalans: het lot van pyruvaat 17
Ethanol fermentatie 17
Lactaat fermentatie: lactaat dehydrogenase 18
Disachariden als bron van koolhydraten: sucrose & lactose 19
Galactose metabolisme 19
Fructose metabolisme in de lever 19
Fructose metabolisme in lever vs. vet 19
Metabole ziekten 20
Lactose intolerantie 20
Galactosemia 20
Fructose intolerantie 20
Glycolytische weg is strikt gecontroleerd 21
Situatie in de spier 21
Situatie in de lever 22
1
, H1: glycolyse en gluconeogenese
Kanker en glycolyse 23
4. DE GLUCONEOGENESE 25
Noodzaak van gluconeogenese 25
Pyruvaat carboxylase 25
Phosphoenol pyruvaat carboxykinase (PEPCK) 26
Overzicht 27
Omzetting glycerol naar DHAP 27
Fosfatasen 27
Stoichiometrie van de gluconeogenese 28
Gluconeogenese en glycolyse worden reciprook geregeld 28
Balans glycolyse en gluconeogenese in lever = gevoelig aan bloed-glucose concentratie 30
Hormonale regulatie op transcriptieniveau 31
Substraatcyclering 31
Cori cyclus 32
Cahill cyclus 32
LEERDOELEN 34
1. INLEIDING 34
De citroenzuurcyclus (Krebscyclus) 34
Overzicht 34
2. OMZETTING PYRUVAAT NAAR ACETYL-COA 35
Pyruvaat dehydrogenase complex (PDH complex) 35
Werkingsmechanisme PDH complex 35
Structuur PDH complex 37
3. REACTIES VAN DE CITROENZUURCYCLUS 38
Citraat synthase 38
Cis-aconitase 39
Isocitraat dehydrogenase 39
𝜶-ketoglutaraat dehydrogenase complex 39
Succinyl-CoA synthase 40
Succinaat dehydrogenase 40
Fumarase 41
Malaat dehydrogenase 41
2
, H1: glycolyse en gluconeogenese
Overzicht 41
Energie winst 42
4. REGULATIE VAN DE CITROENZUURCYCLUS 42
Regulatie PDH complex 42
Regulatie czc 43
Isocitraat dehydrogenase 43
𝛼-ketoglutaraat dehydrogenase complex 43
5. AMFIBOOL KARAKTER 44
Amfibole pathway: katabool & anabool 44
6. METABOLE AANDOENINGEN DOOR DEFECTEN IN CZC 44
PDH complex deficiëntie (PDCD) (zeldzaam) 44
LEERDOELEN 46
INLEIDING 46
Nood aan ATP regeneratie 46
Werking 46
Overzicht 47
Oxidatieve fosforylatie in mitochondria 47
2. VRIJE ENERGIE OPBRENGST VAN ELEKTRONENTRANSPORT 48
Redoxpotentiaal en verandering in vrije energie 48
Voorbeeld 1: pyruvaat → lactaat 49
Voorbeeld 2: ∆𝐺 opbrengst bij reductie 12𝑂2 → 𝐻2𝑂 49
∆G nodig voor transport van 𝟏𝑯 + naar intermembranaire ruimte 49
3. DE ELEKTRONENTRANSPORTKETEN (ETK) 50
Respiratieketen bestaat uit 4 complexen 50
Complex I: NADH-Q oxidoreductase 51
Complex II: succinaat-Q reductase 52
Complex III: Q-cytochroom c oxidoreductase 52
Complex IV: cytochroom c oxidase 54
Overzicht reacties: protonentransfer in ETK 54
Ontstaan van reactive oxygen species (ROS) 55
3
, H1: glycolyse en gluconeogenese
Detoxificatie van ROS 55
4. DE PROTONENGRADIËNT DRIJFT ATP-SYNTHESE 55
Verband elektronentransport en ATP-synthese 55
Experimenteel bewijs – model van Mitchell 56
ATP synthase (𝑭𝟏 − 𝑭𝟎 synthase) 56
5. TRANSPORT DOORHEEN MITOCHONDRIALE MEMBRANEN 59
Drijvende kracht achter mitochondriaal membraan transport 59
ATP-ADP translocase 59
Phosphatase-OH transporter 59
6. TOTALE ATP OPBRENGST UIT GLUCOSE 60
Overzicht oxidatieve fosforylatie 60
Glycerol-3-phosphate shuttle van cytosolische elektronen naar ETK 60
Volledige oxidatie van 1 glucose levert ~𝟑𝟎 𝑨𝑻𝑷 60
Malaat-Aspartaat shuttle (lever / hart) van cytosolische elektronen naar ETK 61
7. REGULAITE VAN DE CELLULAIRE RESPIRATIE 61
Respiratoire controle ATP synthese a.f.v. 𝑨𝑫𝑷 (= energy charge) 61
Inhibitie van de ETK 61
Ontkoppeling oxidatieve fosforylatie 62
Mitochondriale ziekten 62
Krachttransmissie door protonengradiënt 63
LEERDOELEN 64
1. INLEIDING 64
2. REACTIES VAN DE PENTOSEFOSFAAT PATHWAY 64
Fase 1: oxidatieve fase 65
Fase 2: niet-oxidatieve fosforylatie 66
Transketolase I 66
Transaldolase 67
Transketolase II 67
Overzicht reacties PPP 68
3. LOT VAN GLUCOSE-6-FOSFAAT 68
4
, H1: glycolyse en gluconeogenese
Regulatie PPP 68
Modus 1: behoefte ribose-5-P >>> behoefte NADPH 68
Modus 2: behoefte ribose-5-P = behoefte NADPH 69
Modus 3: behoefte ribose-5-P <<< behoefte NADPH 69
Modus 4: naast NADPH ook behoefte ATP 70
4. ROL PPP IN BESCHERMING TEGEN OXIDATIEVE STRESS 71
Detoxificatie ROS in erythrocyten 71
G-6-P dehydrogenase deficiëntie 71
LEERDOELEN 73
1. INLEIDING 73
Structuur van glycogeen 73
Waarom slaan we glucose op in de vorm van glycogeen? 73
2. GLYCOGEEN AFBRAAK 74
Lot van G6P na vrijstelling uit glycogeen 74
Enzymen voor glycogeen afbraak 74
1) Glycogeen phosphorylase 74
2) Phosphoglucomutase 75
3) Transferase en 𝛼-1,6-glucosidase 76
3. REGULATIE VAN GLYCOGEEN AFBRAAK 77
Glycogeen phosphorylase – regulatiepunt 77
Glycogeen phosphorylase: regulatie door covalente modificatie 77
Epinefrine & glucagon zijn signalen voor glycogeen afbraak 78
4. GLYCOGEEN SYNTHESE 79
Glycogeen synthese en afbraak gebeuren langs verschillende wegen 79
1) UDP-glucose pyrophosphorylase 80
2) Glycogeen synthase 80
3) Glycogenin: priming 80
4) Branching enzyme 80
5. REGULATIE GLYCOGEEN SYNTHESE 80
Glycogeen synthase = sleutelenzyme voor regulatie 81
6. RECIPROKE REGULATIE GLYCOGEEN AFBRAAK & SYNTHESE 81
Glycogeen als efficiënte opslagvorm van glucose 81
Weinig energie nodig voor glycogeen afbraak 81
5
, H1: glycolyse en gluconeogenese
Afbraak & synthese zijn strikt gereguleerd 82
Reciproke regulatie door epinefrine (spier) en glucagon (lever) via PKA 82
Reciproke regulatie door PP1 bij spier in rust / na maaltijd door insuline 83
Glycogeen metabolisme in de lever regelt de bloedglucosespiegel 84
Insuline stimuleert glycogeen synthese 84
7. METABOLE AANDOENINGEN 84
Glycogeen opslag ziekten 84
LEERDOELEN 86
1. INLEIDING 86
Nood aan zuurstof 86
2. HEMOGLOBINE EN MYOGLOBINE 86
Globine superfamilie: hemoglobine (Hb) vs. myoglobine (Mb) 87
(1) Myoglobine (Mb) 87
(2) Hemoglobine (Hb) 88
Hill grafieken van Mb en Hb 89
89
Coöperativiteit verbetert 𝑂2-transport functie van Hb 90
Coöperativiteit in Hb: conformatieverandering heemgroep 90
3. ALLOSTERISCHE EFFECTOREN VAN HEMOGLOBINE 91
2,3-biphosphoglycerate (BPG) 91
Bohr effect 92
Modellen van allosterie / coöperativiteit: sequentieel KNF en concerted MWC model 93
4. ZIEKTEN VEROORZAAKT DOOR MUTATIES IN HEMOGLOBINE 93
Sikkelcelanemie (HbS) 93
Thalassemie 94
PATHWAYS 94
Glycolyse 94
Gluconeogenese 97
Citroenzuurcyclus / Krebs cyclus 98
Oxidatieve fosforylatie – elektronentransportketen 100
6
, H1: glycolyse en gluconeogenese
Pentosefosfaat pathway (PPP) 102
Glycogeen metabolisme 104
Glycogenesis 104
Glycogenolysis 106
7
, H1: glycolyse en gluconeogenese
Hoofdstuk 1: glycolyse en gluconeogenese
Zie einde hoofdstuk voor uitwerkingen van de leerdoelen.
LEERDOELEN
❑ Begrijpen van het lot van glucose in verschillende organen (zie ook pentosefosfaat en glycogeen
pathways)
❑ Begrijpen hoe glucose passief en actief wordt opgenomen in de cel
❑ De enzymatische stappen van de glycolyse alsook hun thermodynamische evenwichten begrijpen en
herkennen, zowel vanuit glucose, galactose als fructose
❑ Begrijpen hoe de redox balans van de glycolyse wordt bewaard
❑ Begrijpen hoe defecten in bepaalde glycolytische enzymen metabolische ziekten veroorzaken
❑ Begrijpen hoe de glycolyse wordt gereguleerd
1. INLEIDING
Definities glycolyse en gluconeogenese
Glycolyse = katabool Gluconeogenese = anabool
Afbraak van glucose → 2 pyruvaat Aanmaak van glucose uit precursors (bv. pyruvaat,
Energie: productie van 2 ATP lactaat)
→ NIET gewoon elkaars omgekeerde ≠ reversibel !!
→ Gemeenschappelijk: enkele intermediairen + enkele enzymen
→ Verschillen: ook specifieke (unieke) enzymen per pathway
Glucose als brandstof molecule
• Glycolyse: evolutionair sterk geconserveerd (komt voor in bijna alle organismen)
• Polysachariden (zetmeel, glycogeen) → afgebroken tot glucose (= monosacchariden)
o Glucose meestal als ringstructuur → geen vrije aldehylgroep → stabieler
o ⟺ sommige andere suikers die vaker een open (reactieve) vorm hebben
Ontstaan van glucose:
o Kan gevormd worden onder pre-biotische omstandigheden → voor het bestaan van leven
o Via formosereactie uit formaldehyde
Energieproductie:
o Geen 𝑂2 nodig voor ATP-productie (via glycolyse)
▪ Mogelijk in anaerobe omstandigheden
Belang in het lichaam:
8 o RBC:
▪ Altijd volledig afhankelijk van glucose
▪ Mitochondria → geen alternatieven
, H1: glycolyse en gluconeogenese
o Hersenen:
▪ Normaal: enige brandstof = glucose
▪ Bij starvation: ook gebruik van ketonlichamen
Fermentatie vs. complexe oxidatie
Anaeroob Aeroob
Glycolyse: glucose → 2
pyruvaat (netto 2 ATP)
Zonder 𝑂2 “overleeft” de cel
door pyruvaat om te zetten in
afvalproducten (lactaal/ethanol)
voor een beetje ATP
Lot van glucose in verschillende cellen
RBC Alleen glycolyse + fermentatie
GEEN mitochondria → geen citroenzuurcyclus / ox.
fosfor
Volledig afhankelijk van glucose
Pyruvaat → lactaat (→ naar buiten)
Thv G-6-P beslist wat er gebeurt met glucose:
pentosefosfaatpad (→ ribose)
Hersencellen Glycolyse + citroenzuurcyclus + oxidatieve
fosforylatie
Wel mitochondria → veel ATP-productie
Volledig afhankelijk van glucose (niet bij starvation)
G6P → pentosefosfaat pathway → ribose
Hart + spier Glycolyse + aeroob EN anaeroob metabolisme
Pyruvaat:
▪ Aerob: citroenzuurcyclus
▪ Anaeroob: pyruvaat → lactaat (→ naar buiten)
Opslag: glucose → glycogeen (via G6P; pentosefosfaat
pathway)
Belangrijk: glucose-6-fosfaat = centraal knooppunt
9
→ glycolyse
→ glycogeenopslag
→ pentosefosfaat pathway (→ ribose)
, H1: glycolyse en gluconeogenese
Vet Energieopslag: niet primair voor ATP-productie
Glucose:
▪ → Glycogeen (opslag)
▪ → Pyruvaat → acetyl-CoA → vetzuren
Levercellen Meest veelzijdig: glycolyse + citroenzuurcyclus
(aeroob) + fermentatie (anaeroob) + glycogeen opslag
+ vetzuursynthese
Gluconeogenese (samen met nier): pyruvaat →
glucose
Enige orgaan dat glucose kan vrijgeven aan bloed!
2. OPNAME VAN GLUCOSE IN DE CEL VIA TRANSPORTERS
Glucose = hydrofiel → geen diffusie door membraan → opname gebeurt ALTIJD via transporters (carrier-
gemedieerd)
Passief transport (gefaciliteerde diffusie) Actief transport
Via GLUT-transporters Via 𝑁𝑎 /glucose symporter
+
Met concentratiegradiënt mee (hoog → laag) Tegen concentratiegradiënt in (laag → hoog)
Geen ATP nodig = passief Wel energie nodig (indirect via ATP) = actief
Gefaciliteerde diffusie: GLUT transporters
Algemene kenmerken:
o Transmembranaire eiwitten
o Werken via conformatieverandering (“poort” mechanisme)
o Transport van glucose met de concentratiegradiënt mee (=
passief)
Types:
o Verschillen in:
▪ Expressie (in welke weefsels) GLUT1, GLUT2, GLUT3, GLUT4:
▪ Kinetiek (Km-waarde)* glucose
Km en betekenis: normale bloedglucose = 4-8 nM GLUT5: fructose
o GLUT1, -2, -3:
▪ Km ligt butien normale glucoseconcentratie → niet sterk gereguleerd
10
