Volledige samenvatting van METABOLISME (biochemie)

BIOCHEMIE: HET METABOLISME
DEFINITIE VAN METABOLISME

INLEIDING

Begrippen

 Metabolisme = stofwisseling = samenspel van chemische reacties in levend organisme
 Katabolisme: afbraak, energiewervend
Metabole paden
 Anabolisme: opbouw, energievragend
 Centrale doelstellingen
 Aanmaak van voldoende energie voor levensfuncties
 Bouwstenen verwerven om moleculen te vervangen / om te groeien
 Opslaan van verworven energie
 Betrokken biomoleculen
 Koolhydraten = suikers: energie en structuur
 Lipiden = vetten: energie en membranen
 Proteïnen = eiwitten: aminozuurpolymeren en functionele biomoleculen
 Nucleïnezuren en nucleotiden: dragen informatie
 Energieverbruik (ATP = adenosinetrifosfaat)
 Basaal metabolisme voor levensfuncties
 60% van totale energie-uitgave
 Hart, hersenen, lever en nieren
 Mechanische arbeid, ionenpompen en chemische synthese
 Energie voor spijsverteringsapparaat
 Energie voor skeletspieren
 Er komt meer energie vrij bij de verbranding van vetzuren t.o.v. suikers
 Hoe meer gereduceerd voor de verbranding, hoe meer energie er uit te halen valt bij
de verbranding tot CO2: vetzuren kunnen meer gereduceerd worden (er kunnen
meer zuurstoffen aan geplakt worden)
 Voordelen van metabolisme gecontroleerd door cel
 Opdeling in kleine stappen => lagere activeringsenergie
 Energiedragers: NADH en FADH2

Herhaling: enzymhoofdgroepen

 OXIDOREDUCTASEN: katalyseren biologische redoxreacties
 Dehydrogenasen
 Substraatoxidatie/-reductie
 Elektronenacceptoren/-donoren bv. NAD + en NADP+
 Oxidasen: O2 als elektronenacceptor
 TRANSFERASEN: brengen functionele groep van molecule (donor) naar ander (acceptor)
 Kinasen: transfer van –PO32-
 Hexokinasen: brengen groep van ATP naar hexose (meestal glucose)
 HYDROLASEN: katalyseren hydrolytische splitsing in substraat
 H2O als cosubstraat!
 Katalyseren hydrolyse van volgende bindingen: C-O, C-S, C-N, O-P

 Subgroepen

1

, HYDROLASEN WERKING
Esterasen Werken op verschillende esterbindingen
Carboxylesterhydrolasen Splitsen CO–OR
Fosfatasen:
fosfomonoësterasen
fosfodiësterasen…
Glycosidasen Suikeroligo/-polymeer als substraat
Glycosidasen:
N-glycosidasen
O-glycosidasen…
Peptidasen/proteasen Splitsen peptidenbindingen in peptide en eiwit
Serineprotease: chymotrypsine
Sulfhydrylproteasen…



 LYASEN: splitsen binding tss. C-C, C-N, C-O… via eliminatiereactie => dubbele binding of ring
 Decarboxylasen: verwijderen CO2
 Dehydratasen: verwijderen H2O
 Aldolasen: verwijderen aldehyde
 Koolzuuranhydrase: omgekeerde gekatalyseerde additiereactie (synthase)
 ISOMERASEN: katalyseren omleggingen in één substraat => isomeer als product
 Racemasen: D-vorm → L-vorm
 Epimerasen: R-vorm → S-vorm (en vice versa)
 Cis-transisomerasen: cisisomeer → transisomeer
 Mutase: bv. glucose 1-fosfaat → glucose 6-fosfaat
 LIGASEN of SYNTHETASEN: katalyseren bindingen tussen reagensmoleculen
 Vereist input van chemische energie
 Bv. glutamine-synthetase: vorming glutamine uit glutamaat en NH 3

METABOLE PADEN EN METABOLE FLUX

Definities

 Metabole weg: enzymatische reacties om stof A te converteren naar stof B kennen logisch
verband en vastliggende structuur
 Metabole flux = hoeveelheid moleculen van een bepaalde metaboliet die per tijdseenheid
per celhoeveelheid langs een bepaald punt van het metabole pad passeert, beïnvloed door
 Beschikbaarheid en mate van enzymen
 Concentratieverschillen substraat/reactieproduct
 Diffusieafstanden en toegankelijkheid van enzym tot substraat
 Fluxbepalende stap = irreversibele stap, meestal in begin van metabole traject
=> vermijden van moleculaire ‘file’
 Metabole fluxen: selectief geregeld door onafhankelijke regeling van sleutelenzymes
 Fluxcontrole: afgestemd op behoeften van cel of van organisme in totaliteit
 Genexpressie van fluxcontrolerende enzymen
 Modificatie van enzymen op eiwitniveau
 Toegankelijkheid van enzymen voor substraat




2

,Katabole wegen: een 4-fasenplan voor netto
energievrijstelling

1. Vertering van macromoleculen tot hun
oorspronkelijke bouwstenen via hydrolyse
 Gebeurt extracellulair, behalve
glycogenolyse (glycogeen →
glucose): in cytosol
 Nodig: hydrolasen
2. Omzetting van boutstenen tot acetyl-CoA
 Glucose → pyruvaat (glycolyse)
→ Ac-CoA
 Nodig: transaminasen
3. Oxidatie van Ac-CoA tot CO2 in Krebscyclus
 Levering van energierijke elektronen door NADH en FADH 2
4. Oxidatieve fosforylering
Exclusief katabool
 ATP-productie

Anabole wegen: energie-eisende processen

 Processen die hierin aan bod komen
 Gluconeogenese
 Glycogeensynthese
 Vetzuursynthese
 Cholesterolsynthese
 Aminozuursynthese
 Nucleotidensynthese
 Nodig
 Bouwstenen
 Van lichaamseigen moleculen
 Via essentiële voedingsstoffen
 Energie: ATP
 Reducerend vermogen: toegeleverd via NADPH
(ontstaat tijdens oxidatieve fase van pentosefosfaatweg)

Amphibole reacties: betrokken bij zowel katabole als anabole paden (bv. Krebscyclus)

CELLULAIRE LOKALISATIES VAN METABOLE PADEN

 Fluxbepalende enzymen = onderhevig aan regulatiemechanismen
 Regeling van hoeveelheid enzymmoleculen per cel
 Regeling van enzymatische activiteit
 Regeling van toegankelijkheid
 Via tijdenlijk ‘verstoppen’
 Via compartimentalisatie: lipidemembranen als ‘grenswachters’ (Z.O.Z.)




3

, AANGEBOREN METABOLE ZIEKTEN

 Metabole ziekten = zeldzame
aandoeningen door genetisch
defect aan enzymcoderend gen
 Functioneel tekort door
mutatie (‘inborn error’)
=> wijziging in (regeling
van) flux
=> substraten stapelen
zich op + tekort aan
metabolieten
=> slechte
functionering of sterven van weefsels/organen
 Metabole ziekten kunnen ook selectief voordeel bieden
 Bv. dragers van allel voor familiale glucose-6-fosfaat dehydrogenasedeficiëntie zijn
beschermd tegen malaria
 Voorbeelden van metabole ziektes
 Galactosemie: galactosesuikerafbraak niet mogelijk
 Metabool syndroom




4