Thema 1 –
Enkel de verhoging van
lipolyse is hier
hormonaal gereguleerd
koolhydraatmetabolisme
De lever is de enige plaats waar ketonlichamen worden geproduceerd K =(herkauwers
concentratie waarbijook
M
in maximale transportsnelheid is bereikt
de halve
penswand). Gluconeogenese en
ketogenese worden aangestuurd door
insuline (INS) en glucagon (GCN). Sommige
cellen (bijv. myocyten) kunnen
verschillende substraten verbranden;
hersencellen en bloedcellen verbranden
hoofdzakelijk glucose. De concentratie
glucose is dan ook vrij constant, en die van
andere substraten varieert sterk,
afhankelijk van dieet, inspanning, en hormonale status (m.n. [INS]/[GCN]). De opname
van vrije vetzuren en ketonlichamen wordt bepaald door de bloedconcentraties ervan.
Metabolisme wordt gereguleerd door controle van:
1. Enzymhoeveelheid – synthesesnelheid wordt beïnvloed door de transcriptie te beïnvloeden.
2. Enzym-katalytische activiteit – allosteer via feedback inhibition en reversibele covalente
modificatie. Hormonen coördineren het metabolisme door de reversibele veranderingen in
sleutelenzymen te reguleren. Ook veel metabole reacties worden door de energiestatus van de
cel beïnvloed, aan de hand van de energy charge: relatieve verhouding ATP, ADP, en AMP. Een
hoge energy charge stimuleert anabole (ATP gebruikende) pathways & vice versa.
3. Toegankelijkheid tot substraat – m.n. door compartmentisatie.
De opname van glucose uit het bloed gaat via glucose-transporters (GLUT1 t/m -5).
GLUT4 ligt in vesicles klaar en wordt o.i.v. insuline naar het membraan getransloceerd.
,GLUT2 laat glucose-influx pas toe als de bloedconcentratie hoog is. De β -cel verbrandt de glucose. De
toegenomen ATP/ADP-ratio sluit ook de K+-kanalen in de membranen van β -cellen. Hierdoor
ontstaat een Ca2+-influx, welke tot insuline-exocytose leidt. Insuline → ↑opname van glucose door
spier- en vetweefsel.
Spier
Glycolyse m.n. gereguleerd door fosfofructokinase (PFK). Het PFK-isoenzym in spieren wordt
geremd bij hoge [ATP]. Een hoge [AMP] heft dit weer op.
Hexokinase wordt door negative feedback gereguleerd: G-6-P remt hexokinase. Inhibitie van PFK
zorgt voor ophoping van F-6-P en G-6-P, waardoor de instroom van glucose & dus de glycolyse
geremd wordt.
Lever
Ook hier is PFK het belangrijkste regelpunt, en wordt geremd door ATP. Er moet ook een signaal zijn
dat aangeeft of er veel biosynthese-precursors zijn. PFK wordt dus ook geremd door citraat, een
hoge concentratie geeft aan dat er veel biosynthetische precursors zijn.
Reactie op de bloedglucosespiegel wordt hormonaal gereguleerd: fructose-2,6-bisfosfaat stimuleert
glycolyse (via PFK) & remt gluconeogenese (via F-1,6BPase). Het wordt gevormd bij hoge [glucose] en
[insuline], en afgebroken o.i.v. glucagon.
De PEP→pyruvaat reactie wordt gereguleerd doordat pyruvaatkinase wordt geremd door ATP en
alanine. Pyruvaatkinase wordt ook gestimuleerd door F-1,6-BP → feed-forward stimulation.
Pyruvaatcarboxylase katalyseert de 1e stap in de
gluconeogenese, en wordt geactiveerd door acetyl-CoA (uit vetzuur β -
oxidatie) en geremd door ADP.
Fosfoenolpyruvaatcarboxykinase (PEPCK) wordt ook ADP geremd. Zo
wordt gluconeogenese bevorderd als de levercel vetzuren verbrand en
er veel ATP is.
Glycogeenfosforylase breekt G-1-P van glycogeen af. Lever-
glycogeenfosforylase wordt geïnactiveerd door glucose en Activatie van Fosforylase a = R-state (actief)
gefosforyleerd (→geactiveerd) o.i.v. glucagon. De rol van fosforylase kinase
glycogenolyse in de lever is om de bloed-
glucoseconcentratie te behouden.
Spierglycogeenfosforylase wordt gefosforyleerd o.i.v.
adrenaline. AMP bindt de actieve R-state van
spierfosforylase; PFK wordt ook door AMP geactiveerd. ATP
competeert met AMP, dus de activatie van
spierglycogeenfosforylase hangt af van de energiestatus in
Fosforylase B = T-state (inactief)
de cel.
De fosforylering wordt gekatalyseerd door glycogeen fosforylase kinase, wat op
2 manieren wordt geactiveerd: deels door protein
kinase A (PK-A), en deels door intracellulair Ca2+
via calmoduline subunits. Een combinatie
van beide effecten leidt tot volledige activering. In
spieren is dit sterker door Ca2+-flux bij
spieractiviteit.
In de hersenen is er een isoenzym
glycogeenfosforylase die door AMP wordt gestimuleerd
maar ook door een REDOX-schakelaar wordt gereguleerd. ROS bindt
en voorkomt AMP activatie, maar voorkomt niet de regulatie
door fosforylatie.
Pyruvaatkinase wordt ook door ATP geremd, zodat ook hier de
glycolysesnelheid aan het energieverbruik wordt aangepast.
,Adrenaline en glucagon stimuleren glycogenolyse door 7TM-receptoren. Beide signaalstoffen
initiëren een kinasecascade die tot de activatie van glycogeenfosforylase leidt. De cAMP-cascade
versterkt het effect van de hormonen.
De signaal-overdracht-cascade die tot activatie van glycogeenfosforylase leidt wordt automatisch
geremd als het initiërende hormoon niet meer
aanwezig is. cAMP wordt door fosfodiësterasen
afgebroken & GTP door de GTPase activiteit van het
G-eiwit zelf. Protein phosphatase 1 (PP1) wordt
door insuline geactiveerd. Het verwijdert de
fosfaatgroepen van de fosforylasekinase, en
inactiveert zo het enzym. Het verwijdert de groep
van glycogeenfosforylase, waardoor deze terug
naar de T-state gaat.
Glycogeensynthase is het sleutelenzym voor de
regulering van de glycogeensynthese. Net als
fosforylase komt glycogeensynthase voor als niet-
gefosforyleerde (actieve) a vorm; en als inactieve
gefosforyleerde b-vorm. G-6-P stabiliseert de
actieve state (a vorm). Glycogeensynthase wordt op
meerdere plekken gefosforyleerd door
verschillende eiwitkinasen: glycogeensynthase-kinase o.i.v. PK-A.
Fosforylatie heeft een tegengesteld effect op de enzymatische activiteiten van glycogeensynthase
en glycogeenfosforylase! 6C
3C
Zelftoets 3C
3C
1. Hoeveel ATP komt vrij in de glycolyse als 1 glucose tot 2 lactaat wordt gevormd? 2 ATP.
2. Hoeveel ATP is er nodig om 2 moleculen lactaat weer om te zetten in 1 molecuul glucose? 6
5C 4C 3C
ATP.
3. Uit welke substraten kan een levercel glucose maken en uit welke niet? Geef in het (simpele)
GNG-schema het aantal koolstofatomen aan van precursors en3Cintermediairen. Glucogene 3C 3C
aminozuren, lactaat, glycerol, propionaat,
4. Leg uit hoe het rund propionaat gebruikt; schets de metabole route. Propionaat komt de
Krebscyclus binnen bij succinyl-CoA en wordt in 3 stappen omgezet tot malaat. Malaat wordt het
mitochondrion uitgetransporteerd en omgezet tot oxaloacetaat (malaatdehydrogenase). PEPCK
zet oxaloacetaat om in fosfoenolpyruvaat. Hieruit wordt het in 4 stappen omgezet tot
Glyceraldehyde-3P. DHAP + G-3P kan samen een Fructose-1,6-BP vormen (Fructose-bisfosfaat
, aldolase). F-1,6-BP wordt door fructose-1,6-bisphosphatase omgezet tot fructose-6-P. Dit wordt
omgezet tot glucose-6P. Glucose-6-fosfatase is de laatste stap, en zet glucose-6-P om in glucose.
5. Welke glycolyse-stappen zijn irreversibel?
a. Glucose –(hexokinase)→ glucose-6-P [stap 1]
b. Fructose-6-P –(fosfofructokinase)→ fructose-1,6-bisfosfaat [stap 3]
c. Fosfoenolpyruvaat –(pyruvaatkinase)→ pyruvaat [laatste stap]
6. Hoe worden deze barrières op weg naar glucose omzeild?
a. Stap 1 wordt omzeild door: glucose-6-fosfatase [cytosol] (omgekeerde reactie)
b. Stap 3 wordt omzeild door: fructose 1,6-bisphosphatase [cytosol] (omgekeerde reactie)
c. De laatste glycolyse-stap wordt omzeild door: pyruvaat carboxylase [mitochondrion] &
PEPCK [cytosol] (via omweg met oxaloacetaat en malaat)
Pyruvaat → Oxaloacetaat
7. Geef de reactievergelijking met bijbehorend enzym en cofactor.
Pyruvaat + ATP + CO2 –(pyruvaatcarboxylase)→ oxaloacetaat + ADP + Pi
8. Voor welke 2 processen is dit een cruciale reactie? Gluconeogenese & anaplerotic effect.
9. Welke stofje is een allostere activator? Acetyl-CoA reguleert allosterisch pyruvaatcarboxylase.
10. Wat is de fysiologische zin hiervan? Zo wordt vetsynthese en gluconeogenese alleen
ingeschakeld als er voldoende acetyl-CoA is (& dus voldoende ATP).
Pyruvaatkinase…
11. ... wordt geblokkeerd als [INS]/[GCN] daalt. Hoe komt dat? Dan is er meer glucagon waardoor
een cAMP-cascade ontstaat die tot de fosforylatie van pyruvaatkinase leidt.
12. Waarom is dat erg belangrijk voor de levercel? Hierdoor verbruikt de levercel geen/minder
glucose wanneer dit harder nodig is in de hersenen/spieren.
13. ... wordt geremd als [alanine] stijgt. Metabole rationale? Alanine en pyruvaat kunnen in elkaar
omgezet worden. Veel alanine duidt op veel pyruvaat, waardoor het eigenlijk een negatieve
feedback loop is.
Enzym/transporter Glycolys Gluconeogenese ↑[INS]/[GCN] Mechanisme
e
GLUT-4 X - Activiteit stijgt Vesicles met GLUT-4 fuseren met celmembraan door
binding van insuline aan de cel.
Hexokinase X - Activiteit stijgt Weinig ATP stimuleert PFK, waardoor minder F-6-P,
en dus minder G-6-P in de cel opstapelt. G-6-P werkt
als negatieve feedback voor hexokinase.
Glucokinase X - Activiteit stijgt Zie hexokinase. Glucokinase wordt normaal ook nog
(leverspecifiek hexokinase; geremd bij lagere glucoseconcentratie door lever-
lage basale-affiniteit voor
specifiek glucokinase regulatory protein (GKRP).
glucose → werkt alleen als
er veel glucose is)
Pyruvaatcarboxylase - X Activiteit daalt Het wordt allosteer geremd door acetyl-CoA, wat bij
hoge [INS] veel aanwezig is.
PEP-carboxykinase - X Activiteit daalt Hoge [INS] zorgt voor weinig cAMP & glucagon, deze
stimuleren beiden PEPCK. Ook is er minder
substraat.
o Leg uit waarom glucose een essentiële rol in het zoogdier-metabolisme inneemt, en beschrijf
nauwkeurig hoe de glucose-spiegel in het bloed door de lever gecontroleerd wordt. Glucose is het
enige substraat voor ery’s en bijna het enige substraat voor de hersenen. De bloedspiegel moet dus
vrij constant blijven. De lever heeft GLUT-2, waardoor enkel bij hoge concentratie glucose wordt
opgenomen. Ook kan de lever glucose uitscheiden door glycogeen af te breken wanneer er weinig
glucose in het bloed is.
Enkel de verhoging van
lipolyse is hier
hormonaal gereguleerd
koolhydraatmetabolisme
De lever is de enige plaats waar ketonlichamen worden geproduceerd K =(herkauwers
concentratie waarbijook
M
in maximale transportsnelheid is bereikt
de halve
penswand). Gluconeogenese en
ketogenese worden aangestuurd door
insuline (INS) en glucagon (GCN). Sommige
cellen (bijv. myocyten) kunnen
verschillende substraten verbranden;
hersencellen en bloedcellen verbranden
hoofdzakelijk glucose. De concentratie
glucose is dan ook vrij constant, en die van
andere substraten varieert sterk,
afhankelijk van dieet, inspanning, en hormonale status (m.n. [INS]/[GCN]). De opname
van vrije vetzuren en ketonlichamen wordt bepaald door de bloedconcentraties ervan.
Metabolisme wordt gereguleerd door controle van:
1. Enzymhoeveelheid – synthesesnelheid wordt beïnvloed door de transcriptie te beïnvloeden.
2. Enzym-katalytische activiteit – allosteer via feedback inhibition en reversibele covalente
modificatie. Hormonen coördineren het metabolisme door de reversibele veranderingen in
sleutelenzymen te reguleren. Ook veel metabole reacties worden door de energiestatus van de
cel beïnvloed, aan de hand van de energy charge: relatieve verhouding ATP, ADP, en AMP. Een
hoge energy charge stimuleert anabole (ATP gebruikende) pathways & vice versa.
3. Toegankelijkheid tot substraat – m.n. door compartmentisatie.
De opname van glucose uit het bloed gaat via glucose-transporters (GLUT1 t/m -5).
GLUT4 ligt in vesicles klaar en wordt o.i.v. insuline naar het membraan getransloceerd.
,GLUT2 laat glucose-influx pas toe als de bloedconcentratie hoog is. De β -cel verbrandt de glucose. De
toegenomen ATP/ADP-ratio sluit ook de K+-kanalen in de membranen van β -cellen. Hierdoor
ontstaat een Ca2+-influx, welke tot insuline-exocytose leidt. Insuline → ↑opname van glucose door
spier- en vetweefsel.
Spier
Glycolyse m.n. gereguleerd door fosfofructokinase (PFK). Het PFK-isoenzym in spieren wordt
geremd bij hoge [ATP]. Een hoge [AMP] heft dit weer op.
Hexokinase wordt door negative feedback gereguleerd: G-6-P remt hexokinase. Inhibitie van PFK
zorgt voor ophoping van F-6-P en G-6-P, waardoor de instroom van glucose & dus de glycolyse
geremd wordt.
Lever
Ook hier is PFK het belangrijkste regelpunt, en wordt geremd door ATP. Er moet ook een signaal zijn
dat aangeeft of er veel biosynthese-precursors zijn. PFK wordt dus ook geremd door citraat, een
hoge concentratie geeft aan dat er veel biosynthetische precursors zijn.
Reactie op de bloedglucosespiegel wordt hormonaal gereguleerd: fructose-2,6-bisfosfaat stimuleert
glycolyse (via PFK) & remt gluconeogenese (via F-1,6BPase). Het wordt gevormd bij hoge [glucose] en
[insuline], en afgebroken o.i.v. glucagon.
De PEP→pyruvaat reactie wordt gereguleerd doordat pyruvaatkinase wordt geremd door ATP en
alanine. Pyruvaatkinase wordt ook gestimuleerd door F-1,6-BP → feed-forward stimulation.
Pyruvaatcarboxylase katalyseert de 1e stap in de
gluconeogenese, en wordt geactiveerd door acetyl-CoA (uit vetzuur β -
oxidatie) en geremd door ADP.
Fosfoenolpyruvaatcarboxykinase (PEPCK) wordt ook ADP geremd. Zo
wordt gluconeogenese bevorderd als de levercel vetzuren verbrand en
er veel ATP is.
Glycogeenfosforylase breekt G-1-P van glycogeen af. Lever-
glycogeenfosforylase wordt geïnactiveerd door glucose en Activatie van Fosforylase a = R-state (actief)
gefosforyleerd (→geactiveerd) o.i.v. glucagon. De rol van fosforylase kinase
glycogenolyse in de lever is om de bloed-
glucoseconcentratie te behouden.
Spierglycogeenfosforylase wordt gefosforyleerd o.i.v.
adrenaline. AMP bindt de actieve R-state van
spierfosforylase; PFK wordt ook door AMP geactiveerd. ATP
competeert met AMP, dus de activatie van
spierglycogeenfosforylase hangt af van de energiestatus in
Fosforylase B = T-state (inactief)
de cel.
De fosforylering wordt gekatalyseerd door glycogeen fosforylase kinase, wat op
2 manieren wordt geactiveerd: deels door protein
kinase A (PK-A), en deels door intracellulair Ca2+
via calmoduline subunits. Een combinatie
van beide effecten leidt tot volledige activering. In
spieren is dit sterker door Ca2+-flux bij
spieractiviteit.
In de hersenen is er een isoenzym
glycogeenfosforylase die door AMP wordt gestimuleerd
maar ook door een REDOX-schakelaar wordt gereguleerd. ROS bindt
en voorkomt AMP activatie, maar voorkomt niet de regulatie
door fosforylatie.
Pyruvaatkinase wordt ook door ATP geremd, zodat ook hier de
glycolysesnelheid aan het energieverbruik wordt aangepast.
,Adrenaline en glucagon stimuleren glycogenolyse door 7TM-receptoren. Beide signaalstoffen
initiëren een kinasecascade die tot de activatie van glycogeenfosforylase leidt. De cAMP-cascade
versterkt het effect van de hormonen.
De signaal-overdracht-cascade die tot activatie van glycogeenfosforylase leidt wordt automatisch
geremd als het initiërende hormoon niet meer
aanwezig is. cAMP wordt door fosfodiësterasen
afgebroken & GTP door de GTPase activiteit van het
G-eiwit zelf. Protein phosphatase 1 (PP1) wordt
door insuline geactiveerd. Het verwijdert de
fosfaatgroepen van de fosforylasekinase, en
inactiveert zo het enzym. Het verwijdert de groep
van glycogeenfosforylase, waardoor deze terug
naar de T-state gaat.
Glycogeensynthase is het sleutelenzym voor de
regulering van de glycogeensynthese. Net als
fosforylase komt glycogeensynthase voor als niet-
gefosforyleerde (actieve) a vorm; en als inactieve
gefosforyleerde b-vorm. G-6-P stabiliseert de
actieve state (a vorm). Glycogeensynthase wordt op
meerdere plekken gefosforyleerd door
verschillende eiwitkinasen: glycogeensynthase-kinase o.i.v. PK-A.
Fosforylatie heeft een tegengesteld effect op de enzymatische activiteiten van glycogeensynthase
en glycogeenfosforylase! 6C
3C
Zelftoets 3C
3C
1. Hoeveel ATP komt vrij in de glycolyse als 1 glucose tot 2 lactaat wordt gevormd? 2 ATP.
2. Hoeveel ATP is er nodig om 2 moleculen lactaat weer om te zetten in 1 molecuul glucose? 6
5C 4C 3C
ATP.
3. Uit welke substraten kan een levercel glucose maken en uit welke niet? Geef in het (simpele)
GNG-schema het aantal koolstofatomen aan van precursors en3Cintermediairen. Glucogene 3C 3C
aminozuren, lactaat, glycerol, propionaat,
4. Leg uit hoe het rund propionaat gebruikt; schets de metabole route. Propionaat komt de
Krebscyclus binnen bij succinyl-CoA en wordt in 3 stappen omgezet tot malaat. Malaat wordt het
mitochondrion uitgetransporteerd en omgezet tot oxaloacetaat (malaatdehydrogenase). PEPCK
zet oxaloacetaat om in fosfoenolpyruvaat. Hieruit wordt het in 4 stappen omgezet tot
Glyceraldehyde-3P. DHAP + G-3P kan samen een Fructose-1,6-BP vormen (Fructose-bisfosfaat
, aldolase). F-1,6-BP wordt door fructose-1,6-bisphosphatase omgezet tot fructose-6-P. Dit wordt
omgezet tot glucose-6P. Glucose-6-fosfatase is de laatste stap, en zet glucose-6-P om in glucose.
5. Welke glycolyse-stappen zijn irreversibel?
a. Glucose –(hexokinase)→ glucose-6-P [stap 1]
b. Fructose-6-P –(fosfofructokinase)→ fructose-1,6-bisfosfaat [stap 3]
c. Fosfoenolpyruvaat –(pyruvaatkinase)→ pyruvaat [laatste stap]
6. Hoe worden deze barrières op weg naar glucose omzeild?
a. Stap 1 wordt omzeild door: glucose-6-fosfatase [cytosol] (omgekeerde reactie)
b. Stap 3 wordt omzeild door: fructose 1,6-bisphosphatase [cytosol] (omgekeerde reactie)
c. De laatste glycolyse-stap wordt omzeild door: pyruvaat carboxylase [mitochondrion] &
PEPCK [cytosol] (via omweg met oxaloacetaat en malaat)
Pyruvaat → Oxaloacetaat
7. Geef de reactievergelijking met bijbehorend enzym en cofactor.
Pyruvaat + ATP + CO2 –(pyruvaatcarboxylase)→ oxaloacetaat + ADP + Pi
8. Voor welke 2 processen is dit een cruciale reactie? Gluconeogenese & anaplerotic effect.
9. Welke stofje is een allostere activator? Acetyl-CoA reguleert allosterisch pyruvaatcarboxylase.
10. Wat is de fysiologische zin hiervan? Zo wordt vetsynthese en gluconeogenese alleen
ingeschakeld als er voldoende acetyl-CoA is (& dus voldoende ATP).
Pyruvaatkinase…
11. ... wordt geblokkeerd als [INS]/[GCN] daalt. Hoe komt dat? Dan is er meer glucagon waardoor
een cAMP-cascade ontstaat die tot de fosforylatie van pyruvaatkinase leidt.
12. Waarom is dat erg belangrijk voor de levercel? Hierdoor verbruikt de levercel geen/minder
glucose wanneer dit harder nodig is in de hersenen/spieren.
13. ... wordt geremd als [alanine] stijgt. Metabole rationale? Alanine en pyruvaat kunnen in elkaar
omgezet worden. Veel alanine duidt op veel pyruvaat, waardoor het eigenlijk een negatieve
feedback loop is.
Enzym/transporter Glycolys Gluconeogenese ↑[INS]/[GCN] Mechanisme
e
GLUT-4 X - Activiteit stijgt Vesicles met GLUT-4 fuseren met celmembraan door
binding van insuline aan de cel.
Hexokinase X - Activiteit stijgt Weinig ATP stimuleert PFK, waardoor minder F-6-P,
en dus minder G-6-P in de cel opstapelt. G-6-P werkt
als negatieve feedback voor hexokinase.
Glucokinase X - Activiteit stijgt Zie hexokinase. Glucokinase wordt normaal ook nog
(leverspecifiek hexokinase; geremd bij lagere glucoseconcentratie door lever-
lage basale-affiniteit voor
specifiek glucokinase regulatory protein (GKRP).
glucose → werkt alleen als
er veel glucose is)
Pyruvaatcarboxylase - X Activiteit daalt Het wordt allosteer geremd door acetyl-CoA, wat bij
hoge [INS] veel aanwezig is.
PEP-carboxykinase - X Activiteit daalt Hoge [INS] zorgt voor weinig cAMP & glucagon, deze
stimuleren beiden PEPCK. Ook is er minder
substraat.
o Leg uit waarom glucose een essentiële rol in het zoogdier-metabolisme inneemt, en beschrijf
nauwkeurig hoe de glucose-spiegel in het bloed door de lever gecontroleerd wordt. Glucose is het
enige substraat voor ery’s en bijna het enige substraat voor de hersenen. De bloedspiegel moet dus
vrij constant blijven. De lever heeft GLUT-2, waardoor enkel bij hoge concentratie glucose wordt
opgenomen. Ook kan de lever glucose uitscheiden door glycogeen af te breken wanneer er weinig
glucose in het bloed is.
