HOOFDSTUK 1: DEFINITIE VAN METABOLISME
Metabolisme of stofwisseling
o Samenspel van chemische reacties in een levend organisme, met als primair doel dat
organisme gezond te houden
o Alle chemische reacties die een levend wezen nodig heeft om zichzelf tot stand te houden, te
groeien, zich als soort te verdedigen en nakomelingen voort te brengen
-katabolisme: energie-wervende processen
-anabolisme: energie-vragende processen
-metabole weg/paden: aaneenschakeling van chemische reacties
Betrokken biomoleculen:
o Koolhydraten/suikers: energie & structuur
o Lipiden/vetten: energie & biologische membranen
o Proteïnen/EW: aminozuur-polymeren & functionele biomoleculen
o Nucleïnezuur/nucleotiden: informatie dragende moleculen
Doelstellingen metabolisme:
o Aanmaak van energie om alle lichaamsfuncties te kunnen uitvoeren
o Het vergaren van nuttige bouwstenen om uitgeputte moleculen te vervangen door nieuwe,
of om netto moleculen bij te creëren voor de groei
o Overschot aan energie opslaan voor tijdens schaarste
ATP (energie) nodig voor:
o Basaal metabolisme: nodig voor onderhoud levensfuncties
--> 60% van het energie verbruik. (gebeurt via 4 vitale organen: hart, nier, lever, hersenen)
--> op niveau van de organen & op niveau van de cellen
o Energie voor het spijsverteringsapparaat
o Energie om skeletspieren aan te drijven
Voedselverbranding in een cel vs in een verbrandingsoven
- lage activeringsenergie (door lage temp.) - hoge activeringsenergie
- trapsgewijze oxidatie in levende cel - éénstaps oxidatie in de kachel
- exergonisch
- vrijkomende energie wordt opgeslagen door
NADH & FADH2 (zorgen voor synthese ATP)
1.1 METABOLE PADEN EN METABOLE FLUX
Metabole weg:
o Vastgelegde structuur met logisch verband
o Beschrijft hoe in begin product via enzymatische reacties tot een eindproduct komt
o Fluxbepalende stap ligt in het begin (houd de instroom beperkt --> vermijd files)
,Metabole flux:
o De hoeveelheid moleculen van een bepaalde metaboliet die per tijdseenheid, per Cel
hoeveelheid langs een bepaald punt van het metabole pad passeert
o Gereguleerd door fysiologische eigenschappen bv: panda
o Beinvloed door:
- Beschikbaarheid en mate van activiteit van enzymen
- Concentratieverschillen tussen substraat en reactieproduct
- Diffusie afstanden & Accesibiliteit ‘toegankelijkheid) van enzym tot substraat
Fluxbepalende stap = onomkeerbare stap
Controle op metabole flux (3 mechanismen): zie cursus p. 5
1) Genexpressie van de fluxcontrolerende enzymen
2) Modificatie van de enzymen op EW niveau (op niveau van de vorm (allosterie)/door
aanhechting of onthechting van de functionele groepen)
3) Toegankelijkheid van enzymen voor het substraat
Metabole processen: gekatalyseerd door enzymen: (6 enzymfamilies)
1) Oxidoreductasen:
• Dehydrogenase= enzym dat een substraat oxideert door een parallelle reductiereactie,
waarbij hydride getransfereerd wordt naar een electronenacceptor (gewoonlijk NAD+,
NADP+ of flavine coenzymen)
• Oxygenase= een enzym dat een substraat oxideert door transfer van zuurstof (moleculair
O2)
2) Transferasen: Katalyseren transfer van een functionele groep (-Me, of -P) van een molecuul
naar een ander molecuul.
A-X + B -> A + B-X
3) Hydrolasen (verder onderverdeeld in peptidasen of proteasen, lipasen, saccharidasen,
nucleotidasen (RNasen en DNasen))
• Katalyseren de hydrolyse van een chemische binding
• A–B + H2O → A–OH + B–H
4) Lyasen (omvatten o.a. decarboxylasen, aldolasen)
=Enzymen die een chemische binding breken op een andere manier dan via hydrolyse en
oxidatie. Vaak wordt een nieuwe dubbele binding gevormd, of een nieuwe ringstructuur
bv. ATP --> cAMP + Ppi
• Aldolase: enzyme dat een aldol vormt of klieft Aldol?
Een β-hydroxy keton of β-hydroxy aldehyde
, 5) Isomerasen: (onderverdeeld in racemasen, epimerasen, cis-trans isomerasen en mutasen)
• Racemasen: katalyseren de stereochemische inversie van de configuratie rond een
asymmetrisch C-atoom in een substraat dat slechts 1 symmetriecenter heeft
(bv. L-aminozuur <-> Daminozuur)
• Epimerasen: katalyseren de stereochemische inversie van de configuratie rond een
asymmetrisch C-atoom in een substraat dat meerdere centra van symmetrie heeft
• Mutasen: katalyseren shift van een functionele groep van 1 positie naar een andere
positie binnen zelfde molecuul
6) Ligasen: (bv. RNA en DNA polymerasen, acyl-coA synthetasen)
Katalyseren het “aan elkaar lijmen” van 2 moleculen door vorming van een nieuwe
chemische binding
1.1.1 KATABOLE WEGEN: EEN 4 FASENPLAN VOOR NETTO ENERGIEVRIJSTELLING
Overzicht p.7 syllabus
Einddoel: cellen voorzien van voldoende chemisch energie (ATP)
o EERSTE FASE: vertering van macromoleculen via hydrolyse
-Locatie: holte van het spijsverteringssysteem (extracellulair)
-Nodige enzym: hydrolasen
!!!uitzondering: glycogenese gebeurt wel in het cytosol
o TWEEDE FASE: omzetten ven de door vertering verkregen bouwstenen tot acetyl-co-enzym A
-glucose --> pyruvaat (via glycolyse) --> acetyl-coA
-AZ --> alfa-ketozuren (via transaminasen) --> acetyl-coA
-vetzuren --> actetyl-coA (via beta-oxudatie)
Structuur acetyl-coA:
o DERDE FASE: acetyl-coA wordt in de Kreb-cyclus geoxideerd tot CO2
-weinig rechtstreekse ATP productie
Levering energie rijke elektronen (NADH & FADH2)
o VIERDE FASE: reducerend vermogen wordt gebruikt voor ATP productie via oxidatieve
fosforylering
!!! alleen de 4e fase is katabool (andere fasen kunnen opnieuw worden ingezet voor anabole
doeleinden)
, 1.1.2 ANABOLE WEGEN: ENERGIE- VERREISENDE PROCESSEN
Overzicht p. 9 syllabus
Biochemische processen die de biosynthese van nieuwe moleculen ondersteunen, vertrekkende van
de kleinere bouwstenen. (gluconeogenese, glucogeensynthese, vetzuursynthese,
cholesterolsynthese, aminozuursynthese, synthese van nucleotiden)
-nodig: bouwstenen, energie (ATP), reducerend vermogen (NADPH: ontstaat bij pentosefosfaatweg)
-sommige bouwstenen dienen opgenomen te worden via de voeden, dit zijn de essentiële
voedingstoffen
Amphibole reacties: betrokken bij anabool en katabool. Bv: de krebcyclus
1.2 CELLULAIRE LOCALISATIES VAN METABOLE PADEN
Fluxbepalende cellen regelen de toegankelijkheid van het enzym tot de metabole weg
1. Via tijdelijke verstoppen van het enzym
2. Via verschillende compartimentalisatie
--> lipide membranen treden op als grenswachters
Mitochondriën: aerobe verbranding van KD, AZ, lipiden, ATP-productie
GER: plaats voor ketenverlenging na start vetzuursynthese
Cytosolische glycogeengranules: glycogeen metabolisme aan oppervlakte
Cytosolische ribosomen: EW-synthese
Celnucleus: DNA &RNA-synthese
Cytosol: locatie voor glycolyse en het merendeel van de gluconeogenese. (verspreid over drie
subcellulaire compartimenten)
1.3 AANGEBOREN METABOLE ZIEKTEN
Metabole ziekten met aan de basis een genetisch defect aan een enzymcoderen gen zijn zeldzame
aandoeningen, waarvan de meeste tot uiting komen bij kinderen
o Door mutatie ontstaat een functioneel tekort
- de flux wijzigt t.h.v. een bepaald punt in de metabole weg
Gevolg: substraten stapelen zich stroomwaarts van het defect op, en er is een tekort aan
metabolieten stroomafwaarts van het defect
Impact: kan leiden van een slechte functionering/afsterven van weefsels & organen
!!!soms hebben deze inborn errors ook voordelen bv bij malaria
