Casus 13; een broodje aap of een broodje pindakaas?
Moeilijke woorden
- Obductie → Ander woord voor autopsie
Probleemstellingen
- Hoe werkt de citroenzuurcyclus?
- Hoe werkt de Beta-oxidatie
- Hoe werkt aerobe glycolyse?
- Hoe wordt de stofwisseling van de cel beïnvloedt door (natrium)azide/
Leerdoelen
1) Hoe werkt de glycolyse?
- Beta oxidatie
2) Hoe werkt ATP vorming?
- Citroenzuurcyclus
- Oxidatieve fosforylering
- Chemiosmotische theorie van Mitchell
- Rol van myoglobine
3) Effect van cyanine en azide op de spieractiviteit?
- Het cytochroom AA3
4) Chemische structuur en toxicologie van de azide?
- Blauwzuur, mosterdgas etc.
- Toepassingen industrie
Uitwerken leerdoelen
1) Hoe werkt de glycolyse en beta oxidatie?
Cellulaire ademhaling
De catabolische reactie, de afbraak van complexe stoffen in voornamelijk de mitochondriën,
wordt de cellulaire ademhaling genoemd. Met name glucose wordt in de mitochondriale
cellen afgebroken waarbij energie vrijkomt en wordt opgevangen in de vorm van ATP. Het
vrijmaken van ATP gebeurt door het oxideren van glucose. Dit gebeurt in enkele fasen;
- De glycolyse
- Beta-oxidatie (decarboxylering)
- De citroenzuurcyclus
- Oxidatieve fosforylering (ademhalingsketen)
Er zijn twee verschillende soorten fosforylering;
- Fosforylering op substraatniveau → Treedt op wanneer hoogenergetische
fosfaatgroepen rechtstreeks van gefosforyleerde substraten (metabole
tussenproducten zoals glyceraldehyde-3-fosfaat) worden overgedragen op ADP. In
wezen vindt dit proces plaats omdat de hoogenergetische bindingen die de
fosfaatgroepen aan de substraten hechten nog onstabieler zijn dan die in ATP. ATP
wordt via deze weg tweemaal gesynthetiseerd tijdens de glycolyse, en eenmaal
tijdens elke omwenteling van de citroenzuurcylus. De enzymen die de fosforylering
op substraatniveau katalyseren, bevinden zich zowel in het cytosol (waar de
glycolyse plaatsvindt) als in de waterige matrix binnen de mitochondriën (waar de
citroenzuurcyclus plaatsvindt)
, - Oxidatieve fosforylering → is gecompliceerder, maar levert ook het grootste deel van
de energie die uiteindelijk wordt vastgelegd in ATP-bindingen tijdens de
celademhaling. Oxidatieve fosforylering, die wordt uitgevoerd door
elektronentransport eiwitten die deel uitmaken van de binnenste mitochondriale
membranen, is een voorbeeld van een chemiosmotisch proces. Chemiosmotische
processen koppelen de beweging van substanties over membranen aan chemische
reacties. In dit geval wordt een deel van de energie die vrijkomt bij de oxidatie van
voedingsbrandstoffen (het "chemi"-deel van chemiosmotisch) gebruikt om protonen
(H+) over het binnenste mitochondriale membraan in de intermembraanruimte te
pompen (osmo = duwen). Hierdoor ontstaat een steile concentratiegradiënt voor
protonen over het membraan. Wanneer vervolgens H+ terugstroomt over het
membraan (door een membraankanaal-proteïne genaamd ATP synthase), wordt een
deel van deze gradiënt-energie opgevangen en gebruikt om fosfaatgroepen te
hechten aan ADP.
Anaerobe en aerobe glycolyse
Onder normale aerobe omstandigheden produceert glycolyse 2 pyruvaat-, 2 NADH en 4
ATP-moleculen van 1 glucosemolecuul. De 2 pyruvaat moleculen worden getransporteerd
naar de matrix van de mitochondriën, waar ze de citroenzuurcyclus ingaan. Ondertussen
wordt NADH geoxideerd tot NAD+, door elektronen af te staan aan een O2-molecuul, in de
mitochondriën. NAD+ is nodig als elektronenacceptor voor de glycolyse.
Wanneer er sprake is van anaerobe omstandigheden (wat meestal het geval is),
bijvoorbeeld als een spiercel krachtige contracties ondergaat en langzaam uitgeput raakt, is
er geen O2-molecuul die de elektronen van NADH kan opnemen. Hierdoor moet de cel een
andere elektronenacceptor vinden, in de spiercellen is dit lactaat. Pyruvaat wordt nu, met
behulp van dehydrogenase, omgezet in lactaat. NADH kan nu zijn elektronen afstaan aan
lactaat en NADH wordt dus weer omgezet tot NAD+. Hierdoor kan de glycolyse blijven
plaatsvinden en wordt er nog steeds ATP gevormd, maar wel minder per glucosemolecuul,
netto 2 ATP. Zodra er weer voldoende O2 is voor de aerobe glycolyse, wordt het lactaat
omgezet in pyruvaat en NADH. Deze omzetting van pyruvaat naar lactaat en andersom
wordt de cori-cyclus genoemd en vindt plaats in de lever. Hierna kan de citroenzuurcyclus
en de oxidatieve fosforylering weer plaatsvinden met het pyruvaat (figuur 1,2 en 4). De
anaerobe glycolyse is in verschillende stadia te verdelen;
Suikeractivering → In deze fase wordt glucose gefosforyleerd en omgezet in
fructose-6-fosfaat, dat vervolgens weer wordt gefosforyleerd. Deze 3 stappen gebruiken 2
ATP-moleculen en leveren fructose-1,6-difosfaat op. De twee afzonderlijke reacties van de
suiker met ATP leveren de activeringsenergie die nodig is om de latere stadia van het pad te
primen, dus fase 1 wordt soms ook de energie-investeringsfase genoemd.
Suikersplitsing → Tijdens fase 2 wordt fructose-1,6-difosfaat gesplitst in 2 3-koolstof
fragmenten die (omkeerbaar) bestaan als een van de 2 isomeren:
- Glyceraldehyde-3-fosfaat
- Dihydroxyaceton-fosfaat
Suikeroxidatie en ATP-vorming → In fase 3, die uit 6 stappen bestaat, vinden 2 grote
gebeurtenissen plaats. Ten eerste worden de 2 3- koolstof fragmenten geoxideerd door het
verwijderen van waterstof, dit pikt NAD op. Op deze manier wordt een deel van de glucose
energie overgedragen naar NAD. Ten tweede worden anorganische fosfaatgroepen (Pi) aan
elk geoxideerd fragment gehecht door hoog energetische bindingen. Later wanneer deze
, terminale fosfaten worden afgesplitst, wordt genoeg energie opgevangen om 4
ATP-moleculen te vormen.
Bèta-oxidatie
Vetten zijn de meest geconcentreerde energiebron van het lichaam. Ze bevatten zeer weinig
water en de energieopbrengst van vetkatabolisme (katabolisme is de afbraak van grote
producten naar kleinere) is ongeveer twee keer zo groot als die van glucose-of
eiwitkatabolisme; 9 kcal per gram vet tegenover 4 kcal per gram koolhydraten of eiwitten. De
meeste producten van de vetvertering worden in lymfe getransporteerd in de vorm van
vet-eiwitdruppeltjes die chylomicronen worden genoemd. Uiteindelijk hydrolyseren enzymen
op het endotheel van de haarvaten de lipiden in de chylomicronen, en de resulterende
vetzuren en glycerol worden door de lichaamscellen opgenomen en op verschillende
manieren verwerkt.
Van de verschillende lipiden worden alleen de triglyceriden routinematig geoxideerd voor
energie. Hun katabolisme omvat de afzonderlijke oxidatie van hun twee verschillende
bouwstenen, glycerol en vetzuurketens.
De meeste lichaamscellen zetten glycerol gemakkelijk om in glyceraldehyde-3-fosfaat, een
tussenproduct van de glycolyse dat uiteindelijk in de citroenzuurcyclus terechtkomt.
Glyceraldehyde is gelijk aan een halve glucosemolecule, en de ATP-energieopbrengst van
de volledige oxidatie ervan is ongeveer de helft van die van glucose, 15 ATP per glycerol.
Bèta-oxidatie is de beginfase van de vetzuuroxidatie, die plaatsvindt in de mitochondriën.
Het nettoresultaat is dat de vetzuurketens uiteenvallen in twee-koolstof azijnzuurfragmenten,
en de co-enzymen (FAD en NAD+) worden gereduceerd. Elk azijnzuurmolecuul wordt
versmolten met co-enzym A, waardoor acetyl-CoA ontstaat. De term "bètaoxidatie" geeft
aan dat de koolstof op de bèta(derde) positie tijdens het proces wordt geoxideerd en dat in
elk geval het vetzuur wordt gesplitst tussen de alfa-en bètacarbonen. Oxaloazijnzuur neemt
dan acetyl-CoA op, dat de aërobe routes ingaat om te worden geoxideerd tot CO2 en H2O.
Merk op dat in tegenstelling tot glycerol, dat in de glycolytische weg terechtkomt, acetyl-CoA
uit de afbraak van vetzuren niet kan worden gebruikt voor gluconeogenese. Waarom niet?
Omdat de stofwisselingsroute onomkeerbaar is voorbij pyrodruivenzuur (figuur 3, 4 en 5).
Moeilijke woorden
- Obductie → Ander woord voor autopsie
Probleemstellingen
- Hoe werkt de citroenzuurcyclus?
- Hoe werkt de Beta-oxidatie
- Hoe werkt aerobe glycolyse?
- Hoe wordt de stofwisseling van de cel beïnvloedt door (natrium)azide/
Leerdoelen
1) Hoe werkt de glycolyse?
- Beta oxidatie
2) Hoe werkt ATP vorming?
- Citroenzuurcyclus
- Oxidatieve fosforylering
- Chemiosmotische theorie van Mitchell
- Rol van myoglobine
3) Effect van cyanine en azide op de spieractiviteit?
- Het cytochroom AA3
4) Chemische structuur en toxicologie van de azide?
- Blauwzuur, mosterdgas etc.
- Toepassingen industrie
Uitwerken leerdoelen
1) Hoe werkt de glycolyse en beta oxidatie?
Cellulaire ademhaling
De catabolische reactie, de afbraak van complexe stoffen in voornamelijk de mitochondriën,
wordt de cellulaire ademhaling genoemd. Met name glucose wordt in de mitochondriale
cellen afgebroken waarbij energie vrijkomt en wordt opgevangen in de vorm van ATP. Het
vrijmaken van ATP gebeurt door het oxideren van glucose. Dit gebeurt in enkele fasen;
- De glycolyse
- Beta-oxidatie (decarboxylering)
- De citroenzuurcyclus
- Oxidatieve fosforylering (ademhalingsketen)
Er zijn twee verschillende soorten fosforylering;
- Fosforylering op substraatniveau → Treedt op wanneer hoogenergetische
fosfaatgroepen rechtstreeks van gefosforyleerde substraten (metabole
tussenproducten zoals glyceraldehyde-3-fosfaat) worden overgedragen op ADP. In
wezen vindt dit proces plaats omdat de hoogenergetische bindingen die de
fosfaatgroepen aan de substraten hechten nog onstabieler zijn dan die in ATP. ATP
wordt via deze weg tweemaal gesynthetiseerd tijdens de glycolyse, en eenmaal
tijdens elke omwenteling van de citroenzuurcylus. De enzymen die de fosforylering
op substraatniveau katalyseren, bevinden zich zowel in het cytosol (waar de
glycolyse plaatsvindt) als in de waterige matrix binnen de mitochondriën (waar de
citroenzuurcyclus plaatsvindt)
, - Oxidatieve fosforylering → is gecompliceerder, maar levert ook het grootste deel van
de energie die uiteindelijk wordt vastgelegd in ATP-bindingen tijdens de
celademhaling. Oxidatieve fosforylering, die wordt uitgevoerd door
elektronentransport eiwitten die deel uitmaken van de binnenste mitochondriale
membranen, is een voorbeeld van een chemiosmotisch proces. Chemiosmotische
processen koppelen de beweging van substanties over membranen aan chemische
reacties. In dit geval wordt een deel van de energie die vrijkomt bij de oxidatie van
voedingsbrandstoffen (het "chemi"-deel van chemiosmotisch) gebruikt om protonen
(H+) over het binnenste mitochondriale membraan in de intermembraanruimte te
pompen (osmo = duwen). Hierdoor ontstaat een steile concentratiegradiënt voor
protonen over het membraan. Wanneer vervolgens H+ terugstroomt over het
membraan (door een membraankanaal-proteïne genaamd ATP synthase), wordt een
deel van deze gradiënt-energie opgevangen en gebruikt om fosfaatgroepen te
hechten aan ADP.
Anaerobe en aerobe glycolyse
Onder normale aerobe omstandigheden produceert glycolyse 2 pyruvaat-, 2 NADH en 4
ATP-moleculen van 1 glucosemolecuul. De 2 pyruvaat moleculen worden getransporteerd
naar de matrix van de mitochondriën, waar ze de citroenzuurcyclus ingaan. Ondertussen
wordt NADH geoxideerd tot NAD+, door elektronen af te staan aan een O2-molecuul, in de
mitochondriën. NAD+ is nodig als elektronenacceptor voor de glycolyse.
Wanneer er sprake is van anaerobe omstandigheden (wat meestal het geval is),
bijvoorbeeld als een spiercel krachtige contracties ondergaat en langzaam uitgeput raakt, is
er geen O2-molecuul die de elektronen van NADH kan opnemen. Hierdoor moet de cel een
andere elektronenacceptor vinden, in de spiercellen is dit lactaat. Pyruvaat wordt nu, met
behulp van dehydrogenase, omgezet in lactaat. NADH kan nu zijn elektronen afstaan aan
lactaat en NADH wordt dus weer omgezet tot NAD+. Hierdoor kan de glycolyse blijven
plaatsvinden en wordt er nog steeds ATP gevormd, maar wel minder per glucosemolecuul,
netto 2 ATP. Zodra er weer voldoende O2 is voor de aerobe glycolyse, wordt het lactaat
omgezet in pyruvaat en NADH. Deze omzetting van pyruvaat naar lactaat en andersom
wordt de cori-cyclus genoemd en vindt plaats in de lever. Hierna kan de citroenzuurcyclus
en de oxidatieve fosforylering weer plaatsvinden met het pyruvaat (figuur 1,2 en 4). De
anaerobe glycolyse is in verschillende stadia te verdelen;
Suikeractivering → In deze fase wordt glucose gefosforyleerd en omgezet in
fructose-6-fosfaat, dat vervolgens weer wordt gefosforyleerd. Deze 3 stappen gebruiken 2
ATP-moleculen en leveren fructose-1,6-difosfaat op. De twee afzonderlijke reacties van de
suiker met ATP leveren de activeringsenergie die nodig is om de latere stadia van het pad te
primen, dus fase 1 wordt soms ook de energie-investeringsfase genoemd.
Suikersplitsing → Tijdens fase 2 wordt fructose-1,6-difosfaat gesplitst in 2 3-koolstof
fragmenten die (omkeerbaar) bestaan als een van de 2 isomeren:
- Glyceraldehyde-3-fosfaat
- Dihydroxyaceton-fosfaat
Suikeroxidatie en ATP-vorming → In fase 3, die uit 6 stappen bestaat, vinden 2 grote
gebeurtenissen plaats. Ten eerste worden de 2 3- koolstof fragmenten geoxideerd door het
verwijderen van waterstof, dit pikt NAD op. Op deze manier wordt een deel van de glucose
energie overgedragen naar NAD. Ten tweede worden anorganische fosfaatgroepen (Pi) aan
elk geoxideerd fragment gehecht door hoog energetische bindingen. Later wanneer deze
, terminale fosfaten worden afgesplitst, wordt genoeg energie opgevangen om 4
ATP-moleculen te vormen.
Bèta-oxidatie
Vetten zijn de meest geconcentreerde energiebron van het lichaam. Ze bevatten zeer weinig
water en de energieopbrengst van vetkatabolisme (katabolisme is de afbraak van grote
producten naar kleinere) is ongeveer twee keer zo groot als die van glucose-of
eiwitkatabolisme; 9 kcal per gram vet tegenover 4 kcal per gram koolhydraten of eiwitten. De
meeste producten van de vetvertering worden in lymfe getransporteerd in de vorm van
vet-eiwitdruppeltjes die chylomicronen worden genoemd. Uiteindelijk hydrolyseren enzymen
op het endotheel van de haarvaten de lipiden in de chylomicronen, en de resulterende
vetzuren en glycerol worden door de lichaamscellen opgenomen en op verschillende
manieren verwerkt.
Van de verschillende lipiden worden alleen de triglyceriden routinematig geoxideerd voor
energie. Hun katabolisme omvat de afzonderlijke oxidatie van hun twee verschillende
bouwstenen, glycerol en vetzuurketens.
De meeste lichaamscellen zetten glycerol gemakkelijk om in glyceraldehyde-3-fosfaat, een
tussenproduct van de glycolyse dat uiteindelijk in de citroenzuurcyclus terechtkomt.
Glyceraldehyde is gelijk aan een halve glucosemolecule, en de ATP-energieopbrengst van
de volledige oxidatie ervan is ongeveer de helft van die van glucose, 15 ATP per glycerol.
Bèta-oxidatie is de beginfase van de vetzuuroxidatie, die plaatsvindt in de mitochondriën.
Het nettoresultaat is dat de vetzuurketens uiteenvallen in twee-koolstof azijnzuurfragmenten,
en de co-enzymen (FAD en NAD+) worden gereduceerd. Elk azijnzuurmolecuul wordt
versmolten met co-enzym A, waardoor acetyl-CoA ontstaat. De term "bètaoxidatie" geeft
aan dat de koolstof op de bèta(derde) positie tijdens het proces wordt geoxideerd en dat in
elk geval het vetzuur wordt gesplitst tussen de alfa-en bètacarbonen. Oxaloazijnzuur neemt
dan acetyl-CoA op, dat de aërobe routes ingaat om te worden geoxideerd tot CO2 en H2O.
Merk op dat in tegenstelling tot glycerol, dat in de glycolytische weg terechtkomt, acetyl-CoA
uit de afbraak van vetzuren niet kan worden gebruikt voor gluconeogenese. Waarom niet?
Omdat de stofwisselingsroute onomkeerbaar is voorbij pyrodruivenzuur (figuur 3, 4 en 5).
