2. Glycolyse en fermentatie
2.1 Algemene inleiding tot metabolisme
Metabolisme is sterk gecoördineerd cellulair proces waarin veel multi-enzymsystemen
samenwerken om 4 doelen te verwezenlijken:
- Chemische energie bekomen via zonne-energie of afbreken van energierijke stoffen
- Voedingsmoleculen omzetten in moleculen karakteristiek voor de cel, met inbegrip van
precursoren van macromoleculen
- Monomere precursoren polymeriseren tot macromoleculen: proteïnen, nucleïnezuren en
polysachariden
- Synthese en degradatie van biomoleculen Metabole intermediaren = metabolieten
Metabolisme: de som van alle chemische omzettingen in de cel door een reeks van enzymen
Katabolisme: degradatieve fase v/h metabolisme waarin organische voedselmoleculen
(koolhydraten, vetten en eiwitten) worden omgezet naar kleinere en eenvoudigere
eindproducten (CO2,NH3, melkzuur), stelt energie vrij bewaard onder de vorm ATP, NADH,
NADPH, FADH2
Anabolisme: biosynthese, kleine eenvoudige moleculen worden gebruikt voor de opbouw
van grote complexe moleculen zoals polysachariden, lipiden, eiwitten en nucleïnezuren,
input van energie nodig
Metabole pathways worden op veel niveaus geregeld, van binnenin de cel en van buitenaf:
- Het al dan niet voorhanden van zijn substraat: wanneer de intracellulaire
concentratie van een enzymsubstraat onder de Km ligt, dan zal het enzym duidelijk
onder de Vmax werken
- Allostere regeling door metaboliet of co-enzym (vb. ATP): beide kunnen informatie
dragen over de metabole toestand v/d cel. Vb. wnr het gehalte aan ATP hoog is
verdere verbranding van moleculen niet meer nodig ATP veel enzymen die in
deze pathways betrokken zijn allosterisch inhiberen
- Metabole activiteiten van weefsels en organen regelen door groeifactoren en
hormonen: soms ogenblikkelijk (via ‘second messengers’), soms productie van
extra enzym nodig kan minuten-uren duren (figuur 3.1 p.84)
2.2 Glycolyse
D-glucose= centrale energiebron in meeste organismen, neemt centrale plaats in
metabolisme in, als energiebehoefte plots stijgt kan glucose worden vrijgesteld uit
polymeren (glycogeen) om ATP te maken, zowel aeroob als anaeroob. Het si ook veelzijdige
precursor die grote reeks intermediairen kan leveren: opslag, oxidatie tot een 3-
koolstofverbinding (pyruvaat) via de glycolyse of oxidatie tot pentose via de
pentosefosfaatpathway
3.2.1 Overzicht v/d pathway
Fermentatie = algemene term voor anaerobe afbraak van glucose of andere organische
voedingsstoffen om energie te bekomen onder de vorm van ATP
In glycolyse wordt een molecule glucose in een reeks van enzymatische stappen afgebroken
tot 2 moleculen v/d 3-koolstofmoleculen pyruvaat, een deel van de vrijgestelde energie
wordt geconserveerd als ATP of NADH
3.2.1.1 De glycolyse verloopt strategisch in twee fasen
De voorbereidende fase:
1. glucose wordt eerst gefosforyleerd op de hydroxylgroep op C-6
2. glucose-6-fosfaat wordt omgezet naar fructose 6-fosfaat
, 3. fructose 6-fosfaat wordt gefosforyleerd op de C1 hydroxyl, en dit geeft fructose
1,6-bisfosfaat
4. fructose 1,6-bisfosfaat wordt dan gesplitst tot 2 3-koolstof moleculen, namelijk
dihydroxyaceton fosfaat en glyceraldehyde-3-fosfaat (dit is de lysis stap die de
naam geeft aan glycolysis!)
5. dihydroxyaceton fosfaat wordt geïsomeriseerd naar een tweede molecule
glyceraldehyde-3-fosfaat
De energie winst komt tijdens de terugbetalingsfase:
6. elke molecule glyceraldehyde-3-fosfaat wordt geoxideerd en gefosforyleerd door
anorganisch fosfaat (niet ATP!) om glyceraldehyde 1,3-bisfosfaat te maken
7. energie wordt dan vrijgesteld wanneer 2 moleculen 1,3-fosfoglyceraat worden
omgezet tot 2
8. moleculen pyruvaat (stappen 7-10). Veel van deze energie wordt gevat in ATP door
de
9. vorming van 4 moleculen ATP uit ADP. Bovendien wordt een deel van de energie
gevat in de
10. vorming van 2 moleculen NADH per glucose
drie typen chemische transformaties tijdens glycolyse:
- Degradatie v/h koolstofskelet van glucose tot twee keer pyruvaat
- Fosforylattie van ADP tot ATP door hoge energieverbindingen dir gevormd worden
tijdens de glycolyse
- Transfer v/e hydride-ion naar NAD+, met vorming van NADH. Verdere lot pyruvaat
afhankelijk v/h celtype en omstandigheden
Chemische strategie om glucose af te breken tot 2 3-koolstofmoleculen met vorming van
ATP:
- Plaats fosforylgroepen op glucose
- Zet de gefosforyleerde intermediairen om naar moleculen met hoge
fosfaattransferpotentiaal
- Koppel de daaropvolgende hydrolyse van deze reactieve moleculen aan de synthese
van ATP
3.2.1.2 De oxiderende kracht van NAD moet worden gerecycleerd
Anaeroob: - pyruvaat wordt gereduceert tot lactaat door NADH ter vorming van NAD +
- pyruvaat gedecarboxyleerd tot CO2 en acetaldehyde en dit wordt gereduceerd door NADH
ter vorming van NAD+ en ethanol
Aeroob: mitochondrionale oxidatie van NADH tot NAD+ en 3 moleculen ATP
3.2.2 De stappen van de glycolyse
3.2.2.1 Hexokinase reactie
Hexokinase Hersenen Km laag Vmax laag Sneller
Glucokinase Pancreas en βcellen Km hoog Vmax veel hoger Trager
In deze stap wordt de net opgenomen glucose gefosforyleerd, met verschillende
bedoelingen:
- Non-ionisch glucose wordt omgezet in een anion dat niet door de membraan kan en
er zijn geen glucosetransporters voor glucose-6-fosfaat
- = 1e aanzet om het weinig reactieve glucose om te zetten tot een reactievere
moleculen
- Het zorgt voor een behoud v/d glucosegradiënt
2.1 Algemene inleiding tot metabolisme
Metabolisme is sterk gecoördineerd cellulair proces waarin veel multi-enzymsystemen
samenwerken om 4 doelen te verwezenlijken:
- Chemische energie bekomen via zonne-energie of afbreken van energierijke stoffen
- Voedingsmoleculen omzetten in moleculen karakteristiek voor de cel, met inbegrip van
precursoren van macromoleculen
- Monomere precursoren polymeriseren tot macromoleculen: proteïnen, nucleïnezuren en
polysachariden
- Synthese en degradatie van biomoleculen Metabole intermediaren = metabolieten
Metabolisme: de som van alle chemische omzettingen in de cel door een reeks van enzymen
Katabolisme: degradatieve fase v/h metabolisme waarin organische voedselmoleculen
(koolhydraten, vetten en eiwitten) worden omgezet naar kleinere en eenvoudigere
eindproducten (CO2,NH3, melkzuur), stelt energie vrij bewaard onder de vorm ATP, NADH,
NADPH, FADH2
Anabolisme: biosynthese, kleine eenvoudige moleculen worden gebruikt voor de opbouw
van grote complexe moleculen zoals polysachariden, lipiden, eiwitten en nucleïnezuren,
input van energie nodig
Metabole pathways worden op veel niveaus geregeld, van binnenin de cel en van buitenaf:
- Het al dan niet voorhanden van zijn substraat: wanneer de intracellulaire
concentratie van een enzymsubstraat onder de Km ligt, dan zal het enzym duidelijk
onder de Vmax werken
- Allostere regeling door metaboliet of co-enzym (vb. ATP): beide kunnen informatie
dragen over de metabole toestand v/d cel. Vb. wnr het gehalte aan ATP hoog is
verdere verbranding van moleculen niet meer nodig ATP veel enzymen die in
deze pathways betrokken zijn allosterisch inhiberen
- Metabole activiteiten van weefsels en organen regelen door groeifactoren en
hormonen: soms ogenblikkelijk (via ‘second messengers’), soms productie van
extra enzym nodig kan minuten-uren duren (figuur 3.1 p.84)
2.2 Glycolyse
D-glucose= centrale energiebron in meeste organismen, neemt centrale plaats in
metabolisme in, als energiebehoefte plots stijgt kan glucose worden vrijgesteld uit
polymeren (glycogeen) om ATP te maken, zowel aeroob als anaeroob. Het si ook veelzijdige
precursor die grote reeks intermediairen kan leveren: opslag, oxidatie tot een 3-
koolstofverbinding (pyruvaat) via de glycolyse of oxidatie tot pentose via de
pentosefosfaatpathway
3.2.1 Overzicht v/d pathway
Fermentatie = algemene term voor anaerobe afbraak van glucose of andere organische
voedingsstoffen om energie te bekomen onder de vorm van ATP
In glycolyse wordt een molecule glucose in een reeks van enzymatische stappen afgebroken
tot 2 moleculen v/d 3-koolstofmoleculen pyruvaat, een deel van de vrijgestelde energie
wordt geconserveerd als ATP of NADH
3.2.1.1 De glycolyse verloopt strategisch in twee fasen
De voorbereidende fase:
1. glucose wordt eerst gefosforyleerd op de hydroxylgroep op C-6
2. glucose-6-fosfaat wordt omgezet naar fructose 6-fosfaat
, 3. fructose 6-fosfaat wordt gefosforyleerd op de C1 hydroxyl, en dit geeft fructose
1,6-bisfosfaat
4. fructose 1,6-bisfosfaat wordt dan gesplitst tot 2 3-koolstof moleculen, namelijk
dihydroxyaceton fosfaat en glyceraldehyde-3-fosfaat (dit is de lysis stap die de
naam geeft aan glycolysis!)
5. dihydroxyaceton fosfaat wordt geïsomeriseerd naar een tweede molecule
glyceraldehyde-3-fosfaat
De energie winst komt tijdens de terugbetalingsfase:
6. elke molecule glyceraldehyde-3-fosfaat wordt geoxideerd en gefosforyleerd door
anorganisch fosfaat (niet ATP!) om glyceraldehyde 1,3-bisfosfaat te maken
7. energie wordt dan vrijgesteld wanneer 2 moleculen 1,3-fosfoglyceraat worden
omgezet tot 2
8. moleculen pyruvaat (stappen 7-10). Veel van deze energie wordt gevat in ATP door
de
9. vorming van 4 moleculen ATP uit ADP. Bovendien wordt een deel van de energie
gevat in de
10. vorming van 2 moleculen NADH per glucose
drie typen chemische transformaties tijdens glycolyse:
- Degradatie v/h koolstofskelet van glucose tot twee keer pyruvaat
- Fosforylattie van ADP tot ATP door hoge energieverbindingen dir gevormd worden
tijdens de glycolyse
- Transfer v/e hydride-ion naar NAD+, met vorming van NADH. Verdere lot pyruvaat
afhankelijk v/h celtype en omstandigheden
Chemische strategie om glucose af te breken tot 2 3-koolstofmoleculen met vorming van
ATP:
- Plaats fosforylgroepen op glucose
- Zet de gefosforyleerde intermediairen om naar moleculen met hoge
fosfaattransferpotentiaal
- Koppel de daaropvolgende hydrolyse van deze reactieve moleculen aan de synthese
van ATP
3.2.1.2 De oxiderende kracht van NAD moet worden gerecycleerd
Anaeroob: - pyruvaat wordt gereduceert tot lactaat door NADH ter vorming van NAD +
- pyruvaat gedecarboxyleerd tot CO2 en acetaldehyde en dit wordt gereduceerd door NADH
ter vorming van NAD+ en ethanol
Aeroob: mitochondrionale oxidatie van NADH tot NAD+ en 3 moleculen ATP
3.2.2 De stappen van de glycolyse
3.2.2.1 Hexokinase reactie
Hexokinase Hersenen Km laag Vmax laag Sneller
Glucokinase Pancreas en βcellen Km hoog Vmax veel hoger Trager
In deze stap wordt de net opgenomen glucose gefosforyleerd, met verschillende
bedoelingen:
- Non-ionisch glucose wordt omgezet in een anion dat niet door de membraan kan en
er zijn geen glucosetransporters voor glucose-6-fosfaat
- = 1e aanzet om het weinig reactieve glucose om te zetten tot een reactievere
moleculen
- Het zorgt voor een behoud v/d glucosegradiënt
