Hoofdstuk 2
1. Definitie metabolisme
Metabolisme is het collectief van chemische reacties in een levend organisme, dat als doel heeft om
dat organisme gezond te houden. Normaal metabolisme → normale ontwikkeling van de individu. De
bijna perfecte concentrering komt door evolutie (vaak co-evolutie met voedsel). Ons metabolisme
moet zich steeds minder en minder aanpassen, omdat we onszelf beschermen.
Metabolisme → katabolisme (energie maken) en anabolisme (macromoleculen maken). Dit zijn
metabole paden, geholpen door enzymen die regelbaar zijn.
3 centrale gegevens van het metabolisme:
1) ATP: chemische energie in de vorm van twee energierijke fosfaatgroepen, universeel
gebruikt om energievragende processen mogelijk te maken → geleverd door katabolisme,
nodig voor anabolisme.
2) Bouwstenen: nodig om complexe moleculen (RNA, DNA, eiwit, chitine) op te bouwen uit
kleine modulaire onderdelen; dit proces kost ATP en NADPH → nodig voor anabolisme.
3) NADPH: Genereren van reducerend vermogen in de vorm van een energierijk elektronenpaar
voor reductieve biosynthese, complexe moleculen opbouwen. Nodig om complexe
moleculen op te bouwen uit kleine modulaire onderdelen → geleverd door katabolisme,
nodig voor anabolisme.
Metabolisme = samenwerking tussen organen/weefsels. Hierbij wordt vaak van hormonen gebruik
gemaakt. Ook enzymen spelen een heel grote rol.
Voorbeeld: Groenland: vis en vlees (dierlijke vetten, proteïnen, geen koolhydraten)
Azië: rijst en soja (vegetarisch) (koolhydraten, proteïnen, plantaardig vet)
Onderscheid leven en dood
Wat is leven? Dit is opgebouwd uit cellen. Waarom is dit?
- Samenwerking, samen kunnen we meer doen dan dat we onderling kunnen doen
- Je maakt compartimenten
o Interne orde bewaren
o Nuttige informatie opslaan
o Groeien en vermenigvuldigen
Systeem ↔ omgeving
Het leven is meer dan dode materie het is geordend (2e wet van de thermodynamica). In de realiteit
is het systeem open, het kan dingen uitwisselen met zijn omgeving. Het kan zichzelf ordenen (door
de compartimenten) maar in het geheel gaat het meer wanorde creëren met zijn omgeving =
toename van de entropie. Entropie = wanorde. Diffusie is een vorm van entropie, omdat de orde
verstoord wordt (moleculen verspreiden zich). In tegenstelling tot diffusie is de temperatuur
geordend, omdat we zelfs in het koude weer onze lichaamstemperatuur kunnen bewaren. De
temperatuur is in orde, intact.
Alle levende cellen op aarde moeten 3 metabole doelstellingen realiseren:
1) Over voldoende energie beschikken → 2e wet van de thermodynamica
→ Energie uit ATP halen
2) Over voldoende nuttige elektronen beschikken
Structuur heeft oxiderend vermogen, dit moeten we tegengaan met reducerend vermogen
→ Nuttige energie uit NADH en FADH2
, 3) Over voldoende nuttige bouwstenen beschikken.
→ Glucose opnemen.
Metabolisme in kankercellen
Metabolisme van de kankercel is een gereduceerd collectief van chemische reacties dat niet meer als
doel heeft om het organisme gezond te houden, maar om de kankercellen beter te doen groeien.
Het metabolisme van kankercellen is dus anders. Alle cellen in alle levensvormen hebben een eigen
metabolisme (verschil in soorten (planten, bacteriën, zoogdieren,…) maar ook in weefsels.
Energieverbruik van metabolisme
Onderscheid maken tussen:
1) Basaal metabolisme/ basale metaole snelheid, nodig voor onderhoud van levensfuncties
60% hiervan wordt uitgegeven aan lever, hersenen, nieren en hart.
Dit kan mogelijk in slaaptoestand gehouden worden (bv bij slangen en spinnen).
2) 2 andere uitgaven:
a. De energie die nodig is om voedsel te verteren en op te nemen in metabolisme
b. De energie die uitgegeven wordt door skeletspieren bij arbeid.
Evolutie: De metabole adaptatie van grote en kleine dieren
Er is een relatie tussen:
- Grootte van het organisme
- Hoogte van basale metabolisme
- Levensduur van de soort.
→ Een groot dier heeft een relatief klein oppervlak per kilogram lichaamsgewicht en zou dus
oververhitten als de basale metabole snelheid niet proportioneel zou dalen met de dalende
oppervlakte/volume ratio. Een groot dier zal exponentieel langer leven dan een klein dier.
Verklaring: zuurstofradicaalhypothese (weefselaftakeling en celdood door verbranding).
Calorische restrictie leidt tot een langer leven.
Dit is misschien door de evolutie gestroomlijnd, relatie oppervlakte inhoud.
! afwijking: koudbloedige dieren hebben een zeer flexibel metabolisme (slaaptoestand)
Vb: python, gilamonster,…
Er is een dynamiek en flexibiliteit van lichaamsmetabolisme, het kan altijd aangepast worden.
2. Metabole weg
Parasieten kunnen het metabolisme overlaten aan de gastheer.
25% van de genen heeft iets te maken met het metabolisme in goede banen te leiden en de nodige
flexibiliteit te geven rond het gegeven of er voedsel is/ temperatuurschommelingen/ infecties/…
Metabole paden hebben een bepaalde vastliggende structuur en volgorde, die bewaard is gebleven
van bacterie tot mens. Er wordt gebruik gemaakt van hormonen en enzymen.
Logische volgorde van chemische reacties, met beschrijving van metabolieten (A tem I) die chemisch
veranderen, enzymen (1 tem 8) die de reacties katalyseren, reactiemechanismen (we besteden
hieraan zo goed als geen aandacht).
Enzym 1 2 3 4 5 6 7 8
Metaboliet A B C E D F G H I
, 3. Metabole flux
De metabole flux = de hoeveelheid moleculen van een bepaalde metaboliet, die per tijdseenheid per
cel langs een bepaald punt van het metabole pad passeert, = stroomsterkte.
Deze hangt sterk af van de omstandigheden in de cel, de meest relevante metabole parameter.
a) De concentratieverschillen tussen substraat en reactieproduct moeten worden behouden.
b) Diffusieafstanden
c) Toegankelijkheid van de enzymen voor het substraat
d) Beschikbaarheid en de mate van activiteit van enzymen
Als iets veel ATP vraagt, met de flux van aanmaak van ATP ook stijgen (de flux is gecontroleerd). De
metabole weg wordt gekarateriseerd door een welbepaalde volgorde. De meeste reacties kunnen in
beide richtingen verlopen, maar niet allemaal.
Vaak komen de reacties die maar in 1 richting kunnen verlopen, vooraan in de weg (voorbeeld: stap
1, 3 en 10 van de glycolyse). De meest krititische parameter voor metabole flux is de activiteit van
het fluxregulerend enzym.
Dynamiek en flexibileit van het lichaamsmetabolisme.Samenwerking tussen organen/weefsels.
Voorbeeld: dieren in een winterslaap (metabole flux aanpassen)
Er zijn enkele fluxbepalende enzymen. Het kan zijn dat op een kritiek punt (gevaarlijke toestand) de
voorwaarden scherper worden geregeld → fluxbepalende stap in het begin van het pad.
Bedoeld wordt het aantal metabolieten dat op één punt van de weg (bijvoorbeeld van A naar B) per
tijdseenheid passeert. Te vergelijken met het debiet van een rivier en met het verkeer. De metabole
flux wordt meestal geregeld thv de instroom. De meest kritische parameter voor metabole flux is de
beschikbaarheid/activiteit van bepaalde (fluxcontrolerende) enzymen. In het voorbeeld hierboven
enzym 1.
