GLYCOLYSE EN GLUCONEOGENESE
Inleiding
• Glycolyse = de sequentie van reacties dat één molecule glucose metaboliseert naar
twee moleculen pyruvaat samen met de productie van twee moleculen ATP. → Katabole
pathway
• Gluconeogenese = proces waarbij glucose wordt gesynthetiseerd startend van een
noncarbohydraat precursor zoals pyruvaat of lactaat. → Anabole pathway
Glucose als brandstofmolecule
• Glucose heeft een ringstructuur waardoor het minder gaat reageren met EW in de buurt,
doordat het geen vrije aldehyde groep heeft
• Glucose kan gevormd worden uit formaldehyde (onder pre-biotische voorwaarden),
zonder nood aan levende cel
• Glycolyse heeft geen O2 nodig, er wordt ARP geproduceerd in anaërobe omstandigheden
• Glucose is enige brandstofmolecule in hersenen onder ‘non-starvation’ condities en
altijd de enige in RBC
Fermentatie versus complete oxidatie
• Fermentatie als er geen O2 aanwezig is
o Pyruvaat wordt omgezet in ethanol in
bepaalde organismen
o Bij de mensen wordt pyruvaat omgezet
naar lactaat
• Complete oxidatie als er wel O2 aanwezig is naar CO2
Lot van glucose in RBC
• RBC : glucose binnen in de cel en fosforylatie naar glu-6-P
o Kan omgezet worden naar lactaat (d = glycolyse) OF kan
gebruikt worden in de PPP (c)
• Hersenen: pyruvaat dat aangemaakt wordt kan gebruikt worden in de
CZC
• Spieren en hartweefsel
o Glucose kan opgeslagen onder de vorm van glycogeen
o Indien er voldoende zuurstof aanwezig is: pyruvaat gebruiken
in de CZC
• Vetweefselcellen (= opslag van energie)
• Levercellen
o Lever kan glycogeen aanmaken voor opslag en vet
(niet als stockage maar als VLDL)
o Is het enige orgaan dat glucose naar buiten kan
pompen (= gluconeogenese)
1
,Opname van glucose in de cel via transporters
• Altijd carrier gemoduleerd
• Passief met de diffusie gradiënt mee = gefacilliteerde diffusie → GLUT transporters
o Van hoge naar lage concentratie glucose
o Hebben een bindingsplaats voor glucose en veranderen van conformatie
• Actief tegen de diffusie gradiënt in = actief transport → Na+/Glucose symporter (=
gezamelijke import van meerdere moleculen)
o Wanneer Na+ bindt wordt er een bindingsplaats gevormd voor glucose
De glycolyse
• Vindt volledig plaats in het cytoplasma
• Stage 1: energieconsumptie → 2 ATP’s verbruikt
o Hexokinase houdt glucose in de cel (door
het te fosfolyseren) = start glycolyse
▪ Induced-fit model: glucose bindt en
er is een conformatieverandering
o Fosfoglucokinase isomerase = reversibel
▪ Reactie via een aldose en ketose
intermediair = zuur-base
mechanisme
o Fosfofructokinase (PFK) = COMMITTED
STEP
• Stage 2: klieving van een C6 naar 2x C3
o Aldolase zorgt voor de vorming van DHAP en
GAP
o Triosefosfaat isomerase zet DHAP om naar
GAP zodat GAP verder gebruikt kan worden
in de glycolyse
• Stage 3: energie productie → 4 ATP’s geproduceerd
o Glyceraldehyde 3-fosfaat dehydrogenase
zorgt voor de oxidatie en fosforylatie van
GAP
▪ GAPDH werkt dankzij een thioester
intermediair waardoor de
fosforylatie nog kan doorgaan na de
oxidatie
o Pyruvaat kinase: reactie verloopt via enolvorm maar is niet stabiel waardoor het
irreversibel wordt omgezet naar de ketovorm
2
,Het behoud van de redox balans: het lot van pyruvaat
• Buiten ATP is er ook netto verlies/opbrengst van 2 NAD+/2 NADH
in het cytosol → daarom nood tot behoud van de redoxbalans
• Indien wel O2 = decarboxylatie en omzetten naar acetyl CoA
voor verder gebruik in de CZC
• Indien geen O2 (mens) = lactaat fermentatie
o Lactaat dehydrogenase (LDH) heeft verschillende iso-
enzymen
H4 = hart (aeroob) M4 = spier (anaeroob)
• Lage KM voor pyruvaat • Hoge KM voor pyruvaat
• Wordt geïnhibeerd door pyruvaat
• In aerobe weefsel: NAD+/NADH = • In anaerobe weefsel: NAD+/NADH =
hoog en KM = laag laag (want veel NAD+ verbruikt in
• Inhibitie door pyruvaat wanneer geen glycolyse) en KM = hoog
verbranding van pyruvaat en dus geen
opname van lactaat nodig is
o Bij sporten kan er een opstapeling zijn van lactaat
• Indien geen O2 (micro-organismen) = ethanol fermentatie
o Alcohol dehydrogenase: gebruik van NADH dat omgezet wordt naar NAD+
o MAAR mens zet acetaldehyde om naar ethanol = kater gevoel
o Regenereren van NAD+
Disacchariden als bron van koolhydraten: sucrose en lactose
• Galactose metabolisme
o Galactokinase zet galactose om naar galactose-1-
P (= fosforylatie)
o Galactose reageert met UDP-glucose
o Glucose-1-P kan worden omgezet door
fosforylatie naar glucose-6-P (via
fosfoglucomutase) dat verder gebruikt kan
worden in de glycolyse
▪ Verbruik van 1 ATP
3
, • Fructose metabolisme
o In de lever
▪ Vorming van GAP en DHAP die verder in de glycolyse gebruikt kunndne
worden
▪ Verbruik van 2 ATP
o Verschil in lever en vet
▪ Lever: fructose komt pas binnen NA de committed step in de glycolyse →
vervetting van de lever
▪ Vet: fructose komt binnen VOOR de committed step van de glycolyse
Committed step
Metabole afwijkingen
• Lactose intolerantie
o Missen het lactase enzym dat normaal zorgt voor de omvorming van lactose naar
galactose en glucose
o Lactose gaat opstapelen in de darm
▪ Versotring van de osmotische balans waardoor water wordt onttrokken
uit naburige cellen → diarree
• Galactosemia’s
o Defect in het galactose metabolisme
o Defect in galactose-1-P-uridyl transferase dat normaal galactose in de glycolyse
brengt
▪ Opstapeling van galactose in bepaalde weefsels en productie van
galactitol (= slecht oplosbaar)
• Fructose intolerantie
o Afwijkingen in aldolase B
▪ Opstapeling van fructose-1-P
▪ Verstoord functie van de lever
De glycolytische weg is strikt gecontroleerd
Dubbele functie van de glycolyse
1. Energie productie (ATP)
2. Productie van bouwstenen voor de synthese van bepaalde biomoleculen
4
, Enzymen die belangrijk zijn in de regulatie
• Voor metabole pathways zijn enzymen die de irreversibele reacties katalyseren
belangrijk voor de regulatie
o Hexokinase
o Fosfofructokinase (PFK)
o Pyruvaat kinase
Situatie in de spier
• Glucose afgebroken om ATP te voorzien voor spiercontractie
• Enzymen gereguleerd door energy charge van de cel → ATP/AMP hebben effect op de
snelheid van de glycolyse
Fosfofructokinase Hexokinase Pyruvaat kinase
• Sleutelenzym • Gereguleerd door productinhibitie • Allosterische inhibitor/effector
• Allosterische effectoren • Glu-6-P inhibeert hexokinase o ATP = negatieve inhibitor
o ATP = negatieve effector o Direct o Fru-1,6-BP = activator
▪ Voldoende beschikbaar ▪ Conc glu-6-P ↑ = teken • Snelheid van PFK hoog = veel
▪ Geen nood aan glycolyse dat er geen nood is aan fru-1,6-BP geproduceerd zodat
▪ Affiniteit voor fru-6-P ↓ afbraak glucose & snelheid pyruvaat kinase ook ↑
o AMP = positieve effector glycogeen voorraden zijn = feedforward stimulation
▪ ATP nodig aangevuld
▪ Affiniteit voor vru-6-P ↑ o Indirect
o Activiteit PFK ↑ wanneer energy ▪ PFK geïnhibeerd wordt
charge ↓ in de cel zal fru-6-P ↑ en omgezet
naar glu-6-P, wat op zijn
beurt hexokinase zal
inhiberen
• Katalytische sites
o pH daling (verzuring) bij anaerobe
verbranding door lactaat vorming
zal het inhiberend effect van ATP
versterken (glycolyse vertragen)
5
, Situatie in de lever
• De lever voert meer biochemische functies uit in vgl met de spier
o Stockeert glucose in de vorm van glycogeen wanneer er voldoende glucose is
o Geeft glucose vrij in de bloedbaan wanneer er te weinig glucose is
o Zet glucose om naar precursoren voor de biosynthese van bepaalde moleculen
Fosfofructokinase Hexokinase Pyruvaat kinase
• Allosterische effectoren • Zelfde regulatie als in de spier • Gelijkaardige regulatie als in de spier
o ATP = negatieve effector • Gereguleerd door • Allosterisch
▪ Voldoende productinhibitie o ATP = negatieve regulator
beschikbaar • Glu-6-P inhibeert hexokinase o Fru-1,6-BP = positieve regulator
▪ Geen nood aan o Direct
o Alanine = negatieve regulator
glycolyse ▪ Conc glu-6-P ↑ =
▪ Affiniteit voor fru- ▪ Voldoende alanine =
teken dat er geen
6-P ↓ nood is aan afbraak voldoende bouwstenen
o Citraat = negatieve glucose & • Snelheid van PFK hoog = veel fru-1,6-BP
effector glycogeen geproduceerd zodat snelheid pyruvaat
▪ Versterkend & voorraden zijn kinase ook ↑ = feedforward stimulation
inhiberend effect aangevuld • Covalente modificatie (fosforylatie)
van ATP o Indirect o Glucagon = hormoon dat
o Fru-2,6-P = positieve ▪ PFK geïnhibeerd geproduceerd wordt bij een lagere
effector wordt zal fru-6-P ↑
▪ Gevormd uit fru-
bloedsuikerspiegel
en omgezet naar
6-P ▪ Honger = glucose ↓
glu-6-P, wat op zijn
▪ Dominant over beurt hexokinase ▪ PKA actief
het effect van ATP zal inhiberen ▪ Pyruvaat kinase minder actief
▪ Gaat de glycolyse • OOK glucokinase (fosforylatie) = glycolyse
stimuleren o Katalyseert de fosforylatie minder actief
van glucose naar glu-6-P o Insuline
o Niet gevoelig aan ▪ Fosfaatgroep eraf door PP1
productinhibitie door glu- via hydrolyseren
6-P ▪ Pyruvaat kinase actief =
o Affiniteit voor glucose is glycolyse terug actief
lager tov hexokinase
o Glucokinase zal enkel glu-
6-P vormen wanneer
glucose conc hoog is →
glu-6-P wordt dan
opgeslagen in de vorm van
glycogeen of vet
• pH niet van toepassing want
geen lactaat gevormd in de
lever
6
Inleiding
• Glycolyse = de sequentie van reacties dat één molecule glucose metaboliseert naar
twee moleculen pyruvaat samen met de productie van twee moleculen ATP. → Katabole
pathway
• Gluconeogenese = proces waarbij glucose wordt gesynthetiseerd startend van een
noncarbohydraat precursor zoals pyruvaat of lactaat. → Anabole pathway
Glucose als brandstofmolecule
• Glucose heeft een ringstructuur waardoor het minder gaat reageren met EW in de buurt,
doordat het geen vrije aldehyde groep heeft
• Glucose kan gevormd worden uit formaldehyde (onder pre-biotische voorwaarden),
zonder nood aan levende cel
• Glycolyse heeft geen O2 nodig, er wordt ARP geproduceerd in anaërobe omstandigheden
• Glucose is enige brandstofmolecule in hersenen onder ‘non-starvation’ condities en
altijd de enige in RBC
Fermentatie versus complete oxidatie
• Fermentatie als er geen O2 aanwezig is
o Pyruvaat wordt omgezet in ethanol in
bepaalde organismen
o Bij de mensen wordt pyruvaat omgezet
naar lactaat
• Complete oxidatie als er wel O2 aanwezig is naar CO2
Lot van glucose in RBC
• RBC : glucose binnen in de cel en fosforylatie naar glu-6-P
o Kan omgezet worden naar lactaat (d = glycolyse) OF kan
gebruikt worden in de PPP (c)
• Hersenen: pyruvaat dat aangemaakt wordt kan gebruikt worden in de
CZC
• Spieren en hartweefsel
o Glucose kan opgeslagen onder de vorm van glycogeen
o Indien er voldoende zuurstof aanwezig is: pyruvaat gebruiken
in de CZC
• Vetweefselcellen (= opslag van energie)
• Levercellen
o Lever kan glycogeen aanmaken voor opslag en vet
(niet als stockage maar als VLDL)
o Is het enige orgaan dat glucose naar buiten kan
pompen (= gluconeogenese)
1
,Opname van glucose in de cel via transporters
• Altijd carrier gemoduleerd
• Passief met de diffusie gradiënt mee = gefacilliteerde diffusie → GLUT transporters
o Van hoge naar lage concentratie glucose
o Hebben een bindingsplaats voor glucose en veranderen van conformatie
• Actief tegen de diffusie gradiënt in = actief transport → Na+/Glucose symporter (=
gezamelijke import van meerdere moleculen)
o Wanneer Na+ bindt wordt er een bindingsplaats gevormd voor glucose
De glycolyse
• Vindt volledig plaats in het cytoplasma
• Stage 1: energieconsumptie → 2 ATP’s verbruikt
o Hexokinase houdt glucose in de cel (door
het te fosfolyseren) = start glycolyse
▪ Induced-fit model: glucose bindt en
er is een conformatieverandering
o Fosfoglucokinase isomerase = reversibel
▪ Reactie via een aldose en ketose
intermediair = zuur-base
mechanisme
o Fosfofructokinase (PFK) = COMMITTED
STEP
• Stage 2: klieving van een C6 naar 2x C3
o Aldolase zorgt voor de vorming van DHAP en
GAP
o Triosefosfaat isomerase zet DHAP om naar
GAP zodat GAP verder gebruikt kan worden
in de glycolyse
• Stage 3: energie productie → 4 ATP’s geproduceerd
o Glyceraldehyde 3-fosfaat dehydrogenase
zorgt voor de oxidatie en fosforylatie van
GAP
▪ GAPDH werkt dankzij een thioester
intermediair waardoor de
fosforylatie nog kan doorgaan na de
oxidatie
o Pyruvaat kinase: reactie verloopt via enolvorm maar is niet stabiel waardoor het
irreversibel wordt omgezet naar de ketovorm
2
,Het behoud van de redox balans: het lot van pyruvaat
• Buiten ATP is er ook netto verlies/opbrengst van 2 NAD+/2 NADH
in het cytosol → daarom nood tot behoud van de redoxbalans
• Indien wel O2 = decarboxylatie en omzetten naar acetyl CoA
voor verder gebruik in de CZC
• Indien geen O2 (mens) = lactaat fermentatie
o Lactaat dehydrogenase (LDH) heeft verschillende iso-
enzymen
H4 = hart (aeroob) M4 = spier (anaeroob)
• Lage KM voor pyruvaat • Hoge KM voor pyruvaat
• Wordt geïnhibeerd door pyruvaat
• In aerobe weefsel: NAD+/NADH = • In anaerobe weefsel: NAD+/NADH =
hoog en KM = laag laag (want veel NAD+ verbruikt in
• Inhibitie door pyruvaat wanneer geen glycolyse) en KM = hoog
verbranding van pyruvaat en dus geen
opname van lactaat nodig is
o Bij sporten kan er een opstapeling zijn van lactaat
• Indien geen O2 (micro-organismen) = ethanol fermentatie
o Alcohol dehydrogenase: gebruik van NADH dat omgezet wordt naar NAD+
o MAAR mens zet acetaldehyde om naar ethanol = kater gevoel
o Regenereren van NAD+
Disacchariden als bron van koolhydraten: sucrose en lactose
• Galactose metabolisme
o Galactokinase zet galactose om naar galactose-1-
P (= fosforylatie)
o Galactose reageert met UDP-glucose
o Glucose-1-P kan worden omgezet door
fosforylatie naar glucose-6-P (via
fosfoglucomutase) dat verder gebruikt kan
worden in de glycolyse
▪ Verbruik van 1 ATP
3
, • Fructose metabolisme
o In de lever
▪ Vorming van GAP en DHAP die verder in de glycolyse gebruikt kunndne
worden
▪ Verbruik van 2 ATP
o Verschil in lever en vet
▪ Lever: fructose komt pas binnen NA de committed step in de glycolyse →
vervetting van de lever
▪ Vet: fructose komt binnen VOOR de committed step van de glycolyse
Committed step
Metabole afwijkingen
• Lactose intolerantie
o Missen het lactase enzym dat normaal zorgt voor de omvorming van lactose naar
galactose en glucose
o Lactose gaat opstapelen in de darm
▪ Versotring van de osmotische balans waardoor water wordt onttrokken
uit naburige cellen → diarree
• Galactosemia’s
o Defect in het galactose metabolisme
o Defect in galactose-1-P-uridyl transferase dat normaal galactose in de glycolyse
brengt
▪ Opstapeling van galactose in bepaalde weefsels en productie van
galactitol (= slecht oplosbaar)
• Fructose intolerantie
o Afwijkingen in aldolase B
▪ Opstapeling van fructose-1-P
▪ Verstoord functie van de lever
De glycolytische weg is strikt gecontroleerd
Dubbele functie van de glycolyse
1. Energie productie (ATP)
2. Productie van bouwstenen voor de synthese van bepaalde biomoleculen
4
, Enzymen die belangrijk zijn in de regulatie
• Voor metabole pathways zijn enzymen die de irreversibele reacties katalyseren
belangrijk voor de regulatie
o Hexokinase
o Fosfofructokinase (PFK)
o Pyruvaat kinase
Situatie in de spier
• Glucose afgebroken om ATP te voorzien voor spiercontractie
• Enzymen gereguleerd door energy charge van de cel → ATP/AMP hebben effect op de
snelheid van de glycolyse
Fosfofructokinase Hexokinase Pyruvaat kinase
• Sleutelenzym • Gereguleerd door productinhibitie • Allosterische inhibitor/effector
• Allosterische effectoren • Glu-6-P inhibeert hexokinase o ATP = negatieve inhibitor
o ATP = negatieve effector o Direct o Fru-1,6-BP = activator
▪ Voldoende beschikbaar ▪ Conc glu-6-P ↑ = teken • Snelheid van PFK hoog = veel
▪ Geen nood aan glycolyse dat er geen nood is aan fru-1,6-BP geproduceerd zodat
▪ Affiniteit voor fru-6-P ↓ afbraak glucose & snelheid pyruvaat kinase ook ↑
o AMP = positieve effector glycogeen voorraden zijn = feedforward stimulation
▪ ATP nodig aangevuld
▪ Affiniteit voor vru-6-P ↑ o Indirect
o Activiteit PFK ↑ wanneer energy ▪ PFK geïnhibeerd wordt
charge ↓ in de cel zal fru-6-P ↑ en omgezet
naar glu-6-P, wat op zijn
beurt hexokinase zal
inhiberen
• Katalytische sites
o pH daling (verzuring) bij anaerobe
verbranding door lactaat vorming
zal het inhiberend effect van ATP
versterken (glycolyse vertragen)
5
, Situatie in de lever
• De lever voert meer biochemische functies uit in vgl met de spier
o Stockeert glucose in de vorm van glycogeen wanneer er voldoende glucose is
o Geeft glucose vrij in de bloedbaan wanneer er te weinig glucose is
o Zet glucose om naar precursoren voor de biosynthese van bepaalde moleculen
Fosfofructokinase Hexokinase Pyruvaat kinase
• Allosterische effectoren • Zelfde regulatie als in de spier • Gelijkaardige regulatie als in de spier
o ATP = negatieve effector • Gereguleerd door • Allosterisch
▪ Voldoende productinhibitie o ATP = negatieve regulator
beschikbaar • Glu-6-P inhibeert hexokinase o Fru-1,6-BP = positieve regulator
▪ Geen nood aan o Direct
o Alanine = negatieve regulator
glycolyse ▪ Conc glu-6-P ↑ =
▪ Affiniteit voor fru- ▪ Voldoende alanine =
teken dat er geen
6-P ↓ nood is aan afbraak voldoende bouwstenen
o Citraat = negatieve glucose & • Snelheid van PFK hoog = veel fru-1,6-BP
effector glycogeen geproduceerd zodat snelheid pyruvaat
▪ Versterkend & voorraden zijn kinase ook ↑ = feedforward stimulation
inhiberend effect aangevuld • Covalente modificatie (fosforylatie)
van ATP o Indirect o Glucagon = hormoon dat
o Fru-2,6-P = positieve ▪ PFK geïnhibeerd geproduceerd wordt bij een lagere
effector wordt zal fru-6-P ↑
▪ Gevormd uit fru-
bloedsuikerspiegel
en omgezet naar
6-P ▪ Honger = glucose ↓
glu-6-P, wat op zijn
▪ Dominant over beurt hexokinase ▪ PKA actief
het effect van ATP zal inhiberen ▪ Pyruvaat kinase minder actief
▪ Gaat de glycolyse • OOK glucokinase (fosforylatie) = glycolyse
stimuleren o Katalyseert de fosforylatie minder actief
van glucose naar glu-6-P o Insuline
o Niet gevoelig aan ▪ Fosfaatgroep eraf door PP1
productinhibitie door glu- via hydrolyseren
6-P ▪ Pyruvaat kinase actief =
o Affiniteit voor glucose is glycolyse terug actief
lager tov hexokinase
o Glucokinase zal enkel glu-
6-P vormen wanneer
glucose conc hoog is →
glu-6-P wordt dan
opgeslagen in de vorm van
glycogeen of vet
• pH niet van toepassing want
geen lactaat gevormd in de
lever
6
