Hoofdstuk 3 Energie
Inleiding
Gedurende het vorige semester heb je kennis gemaakt met het begrip ATP en de gemiddelde
energiebehoefte van de gemiddelde cel. Je hebt ook gezien dat je energie niet kunt vernietigen, wel
de ene vorm in de andere omzetten. De eerste wet van de thermodynamica drukt dit uit:
Etot = Ekin + Epot = Constant
de totale energie (de optelsom van kinetische en potentiële energie) is een constante waarde
Ook werd verteld hoe het leven een voortdurende strijd levert tegen de tweede wet van de
thermodynamica en dat deze strijd vol te houden is zolang er genoeg ATP kan worden aangemaakt
In functie van de tijd neemt de entropie van het universum toe.
∆S/∆t >0
de totale entropie van het universum neemt toe in functie van de tijd
Dit semester gaan we energie als volgt bekijken:
1) Hoe wordt energie door ons lichaam uitgegeven en hoe geraken we aan nieuwe energie?
2) Welke metabole strategie heeft een organisme om te overleven in situaties waarin geen voedsel
kan worden gevonden?
3) Welke metabole strategie laat de meest efficiënte arbeid toe door skeletspieren en vertaalt zich
in "succes" om te overleven, als we denken aan deze wet van Newton:
a = F/m
de verkregen acceleratie van (delen van) het lichaam is gelijk aan de uitgeoefende kracht gedeeld
door de massa.
De figuur hiernaast toont een momentopname gegrepen uit de wilde natuur die het leven heeft
laten evolueren tot uiterst competitieve soorten, elk met hun eigen specialiteiten en sterke punten
die inspelen op de mogelijkheden van de ecologische niche. Een foto van twee wilde reptielen (een
krokodil een een moderne dinosaurus) en je zou als toeschouwer willen weten wat er de volgende
seconde gaat gebeuren. Pakt de bliksemsnelle krokodil de poot van de gans en is de honger voor een
hele tijd gestild? Of zijn de krachtige vliegspieren van de gans in staat om het lichaam net buiten het
bereik van de jager te plaatsten? De eerste wet van Newton is hier erg toepasbaar of wat Darwin
noemde 'the struggle for life'. De wet heeft ook zeer belangrijke metabole componenten. De
versnelling a is immers omgekeerd evenredig met het lichaamsgewicht m, die een heel belangrijke
metabole component heeft: de strategische brandstofvoorraad in de vetcellen. We weten immers
allemaal dat het lichaamsgewicht van een volgroeid individu sterk afhangt van de opgebouwde
vetreserve. Een volgegeten, vetgemeste krokodil komt het water dus niet uit, maar dat hoeft ook
niet, want het beest heeft geen honger en laat de gans gemoedelijk aan zich voorbij gaan. De
vetgemeste gans, voor het vertrek van de jaarlijkse lange-afstand migratie, moet echter oppassen
voor hongerige jagers. Anderzijds is de versnelling a recht evenredig met de spierkracht F, en daar zit
ook een sterke metabole component in: het vermogen om ATP te produceren vanuit metabole
brandstof (glucose, glycogeen, vetzuren). We gaan belangrijke elementen van dit levensverhaal,
typerend voor ontelbare natuurverhalen van eten of gegeten worden, in deel 1 van deze
module uitpluizen in de drie hierboven vermelde componenten. De module raakt aan heel wat
onderwerpen uit de tekst van het Leerboek (hoofdstukken 3,4,5 en 11&12), dus begrijpend
verkennen van de leerstof is hier een aangewezen studeermethode.
, 1. Overzicht van de glycolyse
In het cytoplasma van de cel. D-glucose splitst in 2 pyruvaatmoleculen. Hiervoor is geen zuurstof
nodig. Laag rendement van ATP-synthese. Fosforylering op substraatniveau. 10 enzymatische
reacties kennen. Zie celbiologie 1. Bestaat uit 3 grote delen:
1) Glucose naar fructose-1,6-bisfosfaat
2 ATP nodig. Staat onder regulatoire controle. Hexosefosfaten.
2) Fructose -1,6- bisfosfaat naar glyceraldehyde-3-fosfaat
Splitsing naar twee triosefosfaten.
3) Glyceraldehyde-3-fsofaat naar pyruvaat
4 ATP en NADH,H+ komt vrij.
Glucoseopname in de cel
Glycolyse kan enkel als er glucose in het cytoplasma zit. Er zijn dus membraaneiwitten nodig.
Faciliterende glucosetransporters GLUT. Passieve diffusie.
GLUT1 Meeste weefsels Passief; basale flux van glucosetransport
GLUT2 Lever Passief; bufferen glykemie (tijdens/tussen maaltijd)
Darmmucosa, niertubuli Passief; glucoseresorptie aan basale pool
GLUT3 Neuronen, prolifererende cellen Passief; basale flux van glucosetransport
GLUT4 Skeletspieren, vetweefsel Passief; insulineafhankelijk glucosetransport
GLUT2 is voor gespecialiseerde cellen van het organisme. Lever moet glykemie (glucoseconcentratie
in bloed) constant houden. GLUT2 helpt door glucose te diffunderen van lever naar portaal bloed of
omgekeerd. Levercellen kunnen dus glucose uit de cel laten stromen door intracellulaire concentratie
op te drijven. Hiervoor is glucose-6-fosfatase nodig.
Voor epitheliale cellen van de darmmucosa en niertubuli is er sprake van hoge intracellulaire
concentratie door pompende werking:
- Aan de apicale pool van de cel, door de Na/glucosetransporter, gecodeerd door SGLT1 in
darm en SGLT2 in niertubuli. Glucoseconcentratie in darm en nieren is hoger dan in bloed.
SGLT1 Dunne darmmucosa Actief; natrium-/glucoseresorptie uit darmlumen
SGLT2 Epitheel niertubuli Actief; natrium-/glucoseresorptie uit lumen
- Aan de basale pool van dezelfde cellen zit GLUT2 dat passieve diffusie van glucose toelaat
vanuit de cellen (hoge conc) naar bloedbaan (lage conc).
Zo wordt glucose uit urine en lumen van dunne darm opgenomen in bloed. ! Glucoserie als er te veel
glucose is in urine kunnen de pompen niet alles wegpompen. Dit is bij diabetes.
Zeer hoge expressie van GLUT2 is verantwoordelijk voor het onmiddelijke evenwicht dat bestaat
tussen extra- en intracellulaire glucoseconcentratie. Zo kunnen cellen meten hoe de
bloedglucoseconcentratie van minuut tot minuut evolueert. Bète-cellen reageren op verhoogd
bloedglucose door door insuline in de bloedbaan te brengen.
GLUT 4 in skeletspieren en in vetweefsel. Sterkste insulineregelbaarheid van glucoseopname uit
bloed. Wanneer we niet eten is insulineconcentratie in bloed laag en zitten GLUT4 in cel. Als we eten
stijgt de insulinespiegel en zal GLUT4 aan de oppervlakte komen. Zo kan glucose opgenomen
worden.
Inleiding
Gedurende het vorige semester heb je kennis gemaakt met het begrip ATP en de gemiddelde
energiebehoefte van de gemiddelde cel. Je hebt ook gezien dat je energie niet kunt vernietigen, wel
de ene vorm in de andere omzetten. De eerste wet van de thermodynamica drukt dit uit:
Etot = Ekin + Epot = Constant
de totale energie (de optelsom van kinetische en potentiële energie) is een constante waarde
Ook werd verteld hoe het leven een voortdurende strijd levert tegen de tweede wet van de
thermodynamica en dat deze strijd vol te houden is zolang er genoeg ATP kan worden aangemaakt
In functie van de tijd neemt de entropie van het universum toe.
∆S/∆t >0
de totale entropie van het universum neemt toe in functie van de tijd
Dit semester gaan we energie als volgt bekijken:
1) Hoe wordt energie door ons lichaam uitgegeven en hoe geraken we aan nieuwe energie?
2) Welke metabole strategie heeft een organisme om te overleven in situaties waarin geen voedsel
kan worden gevonden?
3) Welke metabole strategie laat de meest efficiënte arbeid toe door skeletspieren en vertaalt zich
in "succes" om te overleven, als we denken aan deze wet van Newton:
a = F/m
de verkregen acceleratie van (delen van) het lichaam is gelijk aan de uitgeoefende kracht gedeeld
door de massa.
De figuur hiernaast toont een momentopname gegrepen uit de wilde natuur die het leven heeft
laten evolueren tot uiterst competitieve soorten, elk met hun eigen specialiteiten en sterke punten
die inspelen op de mogelijkheden van de ecologische niche. Een foto van twee wilde reptielen (een
krokodil een een moderne dinosaurus) en je zou als toeschouwer willen weten wat er de volgende
seconde gaat gebeuren. Pakt de bliksemsnelle krokodil de poot van de gans en is de honger voor een
hele tijd gestild? Of zijn de krachtige vliegspieren van de gans in staat om het lichaam net buiten het
bereik van de jager te plaatsten? De eerste wet van Newton is hier erg toepasbaar of wat Darwin
noemde 'the struggle for life'. De wet heeft ook zeer belangrijke metabole componenten. De
versnelling a is immers omgekeerd evenredig met het lichaamsgewicht m, die een heel belangrijke
metabole component heeft: de strategische brandstofvoorraad in de vetcellen. We weten immers
allemaal dat het lichaamsgewicht van een volgroeid individu sterk afhangt van de opgebouwde
vetreserve. Een volgegeten, vetgemeste krokodil komt het water dus niet uit, maar dat hoeft ook
niet, want het beest heeft geen honger en laat de gans gemoedelijk aan zich voorbij gaan. De
vetgemeste gans, voor het vertrek van de jaarlijkse lange-afstand migratie, moet echter oppassen
voor hongerige jagers. Anderzijds is de versnelling a recht evenredig met de spierkracht F, en daar zit
ook een sterke metabole component in: het vermogen om ATP te produceren vanuit metabole
brandstof (glucose, glycogeen, vetzuren). We gaan belangrijke elementen van dit levensverhaal,
typerend voor ontelbare natuurverhalen van eten of gegeten worden, in deel 1 van deze
module uitpluizen in de drie hierboven vermelde componenten. De module raakt aan heel wat
onderwerpen uit de tekst van het Leerboek (hoofdstukken 3,4,5 en 11&12), dus begrijpend
verkennen van de leerstof is hier een aangewezen studeermethode.
, 1. Overzicht van de glycolyse
In het cytoplasma van de cel. D-glucose splitst in 2 pyruvaatmoleculen. Hiervoor is geen zuurstof
nodig. Laag rendement van ATP-synthese. Fosforylering op substraatniveau. 10 enzymatische
reacties kennen. Zie celbiologie 1. Bestaat uit 3 grote delen:
1) Glucose naar fructose-1,6-bisfosfaat
2 ATP nodig. Staat onder regulatoire controle. Hexosefosfaten.
2) Fructose -1,6- bisfosfaat naar glyceraldehyde-3-fosfaat
Splitsing naar twee triosefosfaten.
3) Glyceraldehyde-3-fsofaat naar pyruvaat
4 ATP en NADH,H+ komt vrij.
Glucoseopname in de cel
Glycolyse kan enkel als er glucose in het cytoplasma zit. Er zijn dus membraaneiwitten nodig.
Faciliterende glucosetransporters GLUT. Passieve diffusie.
GLUT1 Meeste weefsels Passief; basale flux van glucosetransport
GLUT2 Lever Passief; bufferen glykemie (tijdens/tussen maaltijd)
Darmmucosa, niertubuli Passief; glucoseresorptie aan basale pool
GLUT3 Neuronen, prolifererende cellen Passief; basale flux van glucosetransport
GLUT4 Skeletspieren, vetweefsel Passief; insulineafhankelijk glucosetransport
GLUT2 is voor gespecialiseerde cellen van het organisme. Lever moet glykemie (glucoseconcentratie
in bloed) constant houden. GLUT2 helpt door glucose te diffunderen van lever naar portaal bloed of
omgekeerd. Levercellen kunnen dus glucose uit de cel laten stromen door intracellulaire concentratie
op te drijven. Hiervoor is glucose-6-fosfatase nodig.
Voor epitheliale cellen van de darmmucosa en niertubuli is er sprake van hoge intracellulaire
concentratie door pompende werking:
- Aan de apicale pool van de cel, door de Na/glucosetransporter, gecodeerd door SGLT1 in
darm en SGLT2 in niertubuli. Glucoseconcentratie in darm en nieren is hoger dan in bloed.
SGLT1 Dunne darmmucosa Actief; natrium-/glucoseresorptie uit darmlumen
SGLT2 Epitheel niertubuli Actief; natrium-/glucoseresorptie uit lumen
- Aan de basale pool van dezelfde cellen zit GLUT2 dat passieve diffusie van glucose toelaat
vanuit de cellen (hoge conc) naar bloedbaan (lage conc).
Zo wordt glucose uit urine en lumen van dunne darm opgenomen in bloed. ! Glucoserie als er te veel
glucose is in urine kunnen de pompen niet alles wegpompen. Dit is bij diabetes.
Zeer hoge expressie van GLUT2 is verantwoordelijk voor het onmiddelijke evenwicht dat bestaat
tussen extra- en intracellulaire glucoseconcentratie. Zo kunnen cellen meten hoe de
bloedglucoseconcentratie van minuut tot minuut evolueert. Bète-cellen reageren op verhoogd
bloedglucose door door insuline in de bloedbaan te brengen.
GLUT 4 in skeletspieren en in vetweefsel. Sterkste insulineregelbaarheid van glucoseopname uit
bloed. Wanneer we niet eten is insulineconcentratie in bloed laag en zitten GLUT4 in cel. Als we eten
stijgt de insulinespiegel en zal GLUT4 aan de oppervlakte komen. Zo kan glucose opgenomen
worden.
