Studievragen Biochemistry hst. 16: Glycolyse en Gluconeogenese.
1. Het eindproduct van de glycolyse is pyruvaat. Naar welke 3 koolwaterstoffen kan dit worden omgezet?
Onder welke condities (aeroob/anaeroob) gebeurt dit en in welke organismen?
2. Wat wordt bedoeld met fermentatie?
3. Welke stap in de glycolyse is een oxidatie?
4. Ga van elke stap na tot welk reactietype deze behoort en hoe je dat terugvindt(of niet) in de naam van het
bijbehorend enzym.
5. In welk gedeelte van de cel vinden de reacties van de glycolyse plaats? Wat is het doel van de eerste drie
stappen in de glycolyse?
6. Wat wordt bedoeld met “substrate level phosphorylation”? (voorbeeld: de vorming van ATP bij de
omzetting van 1,3 bifosfoglycerate) staat in schrift.
7. Noem twee redenen waarom fosforylering van glucose tot glucose-6-fosfaat belangrijk is.
- Glucose-6-fosfaat is niet oplosbaar in water, waardoor het niet kan diffunderen uit de cel. Dit zorgt
ervoor dat de cel de glucose kan vasthouden en gebruiken voor energieproductie.
- Glucose-6-fosfaat is een belangrijke tussenstof in de glycolyse en de glucose-stofwisseling. Het is de
eerste stap in de glycolyse waar glucose wordt omgezet in een fosfaat-derivaat, dit proces is ook
bekend als de "glucose fosforylering" en is een rate-limiting stap in de stofwisseling van glucose.
Deze reactie is onomkeerbaar en zorgt voor een aanzienlijke vermindering van de energiebarrière voor
de aanvang van de glycolyse
8. Noem twee routes via welke fructose kan worden omgezet tot producten uit de glycolytische route.
In welk orgaan/weefsel wordt welke route gevolgd?
- Er zijn twee belangrijke routes waarmee fructose kan worden omgezet in producten uit de
glycolytische route:
- Fructose-1,6-bisphosphatase route: Deze route wordt voornamelijk gevolgd in de lever, waarbij
fructose wordt omgezet in glucose-6-fosfaat via een enzym genaamd fructose-1,6-bisphosphatase. Dit
glucose-6-fosfaat kan vervolgens worden gebruikt in de glycolyse.
- Aldolase B route: Deze route wordt voornamelijk gevolgd in de skeletspieren en nieren, waarbij
fructose wordt omgezet in dihydroxyacetonfosfaat en glycerolfosfaat via een enzym genaamd aldolase
B. Dit dihydroxyacetonfosfaat en glycerolfosfaat kunnen vervolgens worden gebruikt in de glycolyse
en andere metabolische processen.
9. Hoeveel molekulen ATP levert omzetting van één fructose molekuul tot pyruvaat op in de glycolyse?
- De omzetting van één fructose molecuul tot pyruvaat in de glycolyse levert 2 moleculen ATP op.
- De omzetting van fructose naar pyruvaat in de glycolyse gebeurt via twee stappen:
- Fructose wordt eerst omgezet in fructose-1-fosfaat door het enzym fructokinase, waarbij 1 molecuul
ATP wordt gebruikt.
- Fructose-1-fosfaat wordt vervolgens omgezet in 2 moleculen pyruvaat door het enzym aldolase B,
waarbij 1 molecuul ATP wordt geproduceerd Dus in totaal levert de omzetting van één fructose
molecuul tot pyruvaat in de glycolyse 2 moleculen ATP op.
10. Galactose wordt omgezet in glucose, zodat het in de glycolyse omgezet kan worden. Bekijk de
stereochemie van de omzetting. Welk enzym is hierbij betrokken?
- Galactose wordt omgezet in glucose in een proces genaamd galactosemetabolisme. Deze omzetting
gebeurt in twee stappen, waarbij het enzym UDP-galactose 4'-epimerase betrokken is.
- In de eerste stap wordt galactose omgezet in UDP-galactose door het enzym galactokinase.
- In de tweede stap wordt UDP-galactose omgezet in UDP-glucose door het enzym UDP-galactose
4'-epimerase.
- De omzetting van galactose naar glucose is een stereochemisch regioselectief proces, waarbij het
enzym UDP-galactose 4'-epimerase specifiek de C4-epimer van UDP-galactose selecteert. Dit
betekent dat de configuratie van de atomen rondom de C4-carbon van galactose wordt veranderd
, tijdens de omzetting naar UDP-glucose. Hierdoor wordt glucose gevormd in plaats van een andere
suiker.
11. Beschrijf oorzaak en ziektebeeld van galactosemie.
Galactosemie is een erfelijke stofwisselingsziekte die wordt veroorzaakt door een defect in het enzym
UDP-galactose 4'-epimerase, dat betrokken is bij de omzetting van galactose naar glucose. Hierdoor kan
galactose niet worden afgebroken en opgebouwd tot glucose, waardoor het in het bloed accumuleert.
Het ziektebeeld van galactosemie is afhankelijk van de ernst van het enzymdefect. Bij milde vormen van
de ziekte kan het ziektebeeld mild zijn en zich pas later in het leven manifesteren. Bij ernstige vormen van
de ziekte kan het ziektebeeld echter ernstig zijn en zich binnen enkele dagen na de geboorte manifesteren.
Symptomen van galactosemie kunnen onder andere omvatten:
Verminderde groei en ontwikkeling
Lever- en nieraandoeningen
Cataracten (oogschade)
Mentale achterstand
Oorsuizen
Bot- en gewrichtsproblemen
Infecties
Galactosemie wordt gediagnosticeerd door bloedonderzoek en genetische testen. Behandeling bestaat uit
een galactosevrij dieet en supplementen met glucose. In ernstige gevallen kan een levertransplantatie
worden overwogen. Het is belangrijk om te weten dat galactosemie een levenslange aandoening is en dat
de behandeling levenslang moet worden voortgezet
12. Wat zijn de twee functies van de glycolyse?
De glycolyse is een metabool proces waarin glucose (of andere suikers zoals fructose) wordt omgezet in
pyruvaat. Er zijn twee belangrijke functies van de glycolyse:
Energieopwekking: De glycolyse levert energie in de vorm van ATP (adenosine triphosphate) op. In de
eerste stap van de glycolyse wordt 1 molecuul ATP gebruikt om glucose te activeren, maar in de latere
stappen worden er 4 moleculen ATP geproduceerd. Dit leidt tot een netto opbrengst van 2 moleculen ATP
per glucosemolecuul.
Voedingsstoffenopbouw: De glycolyse is een stap in het proces van de koolhydraatstofwisseling. De
producten van de glycolyse, pyruvaat en NADH, worden gebruikt in verdere stofwisselingsprocessen om
energie te genereren en te voorzien in de stofwisselingsbehoeften van het lichaam. Pyruvaat kan ook
worden omgezet in lactaat, vetzuren of aminozuren.
De glycolyse speelt een belangrijke rol in de energiehuishouding van het lichaam, vooral bij de productie
van energie in de weefsels die niet direct toegang hebben tot zuurstof, zoals rode bloedcellen en spieren
tijdens inspanning. Het is daarom een van de belangrijkste stofwisselingsprocessen in het lichaam.
13. Een biochemische route is af te remmen of te versnellen door de enzymen die de reactiestappen
katalyseren te remmen of te activeren. Hierbij geldt in het algemeen dat het enzym, wanneer er
sprake is van een evenwicht, zowel de heengaande als de teruggaande reactie katalyseert. Welke
reacties zijn in het algemeen in biochemische routes de sleutelreacties waar controle op het verloop
van het proces plaatsvindt?
In een biochemische route wordt de snelheid van het proces vaak gereguleerd door de activiteit van de
enzym die de sleutelreactie van de route katalyseert. De sleutelreactie is een enzymgekatalysde reactie die
een rate-limiting step vormt, dit wil zeggen een stap die de snelheid van het gehele proces bepaalt. In het
algemeen zijn de sleutelreacties van een biochemische route de reacties die de grootste energiehindernis
hebben.
Deze sleutelreacties zijn vaak de reacties waarbij een hoog-energetisch verbinding wordt gevormd, zoals
een verbinding met een hogere energieinhoud dan de reactieproducten, of waarbij een verbinding met een
lagere energieinhoud wordt gevormd dan de reactieproducten. Door de activiteit van het enzym dat de
sleutelreactie katalyseert te reguleren, kan de snelheid van het gehele proces worden gereguleerd.
, In veel gevallen is de sleutelreactie in een biochemische route een reactie waarbij een hoog-energetisch
verbinding wordt gevormd, zoals bijvoorbeeld een reactie waarbij ATP wordt gevormd of een reactie
waarbij NADH wordt gevormd. Deze reacties hebben vaak een positieve delta G, dit wil zeggen dat de
reactie spontaan verloopt in de richting van de reactieproducten.
In sommige gevallen kan de sleutelreactie ook een reactie zijn waarbij een verbinding met een lagere
energieinhoud
14. Wat zijn de drie belangrijkste enzymen in de glycolyse? Is dit te rijmen met je antwoord op vraag
11? Bekijk hiervoor de tabel met de ΔG per reactiestap.
De glycolyse bestaat uit tien reactiestappen die door verschillende enzymen worden gekatalyseerd.
Hieronder zijn de drie belangrijkste enzymen in de glycolyse:
Hexokinase of glukokinase: dit enzym katalyseert de eerste stap van de glycolyse waarbij glucose wordt
geactiveerd door de toevoeging van een fosfaatgroep. Dit leidt tot de vorming van glucose-6-fosfaat en een
netto opbrengst van 1 molecuul ATP.
Fosfofructokinase (PFK): dit enzym katalyseert de derde stap van de glycolyse, de omzetting van
fructose-6-fosfaat in fructose-1,6-bisphosphate. Dit is een sleutelreactie in de glycolyse, omdat het een
hoog-energetisch verbinding vormt, wat leidt tot een spontaan verloop in de richting van de
reactieproducten.
Pyruvaatkinase: dit enzym katalyseert de laatste stap van de glycolyse, de omzetting van pyruvaat in
acetyl-CoA, CO2 en een netto opbrengst van 2 moleculen ATP.
Deze drie enzymen zijn de belangrijkste enzymen in de glycolyse omdat zij de stappen katalyseren waarbij
de meeste energie wordt geproduceerd. PFK is de enzymen die de sleutelreactie katalyseert, die is rate-
limiting step en de snelheid van het gehele proces bepaalt.
15. Beschrijf de regulatie van de enzymatische activiteit van fosfofructokinase, wat betreft de
reversibele fosforylering van het tandemenzym (bifunctionele enzym).
Fosfofructokinase (PFK) is een bifunctioneel enzym dat de derde stap van de glycolyse katalyseert, de
omzetting van fructose-6-fosfaat in fructose-1,6-bisphosphate. Dit enzym is betrokken bij de regulatie van
de glycolyse, omdat het de sleutelreactie van de route katalyseert en de snelheid van het gehele proces
bepaalt.
PFK wordt gereguleerd door middel van reversibele fosforylering, een proces waarbij een fosfaatgroep
wordt toegevoegd of verwijderd van het enzym. Dit kan worden gedaan door de activiteit van kinasen en
fosfatasen, enzymen die fosfaatgroepen toevoegen of verwijderen.
Als PFK geactiveerd is, is het gefosforyleerd en kan het fructose-6-fosfaat omzetten in fructose-1,6-
bisphosphate. Als PFK inactief is, is het ont-fosforyleerd en kan het geen fructose-6-fosfaat omzetten in
fructose-1,6-bisphosphate.
De activatie van PFK wordt veroorzaakt door twee activatoren: AMP en citraat. AMP is een product van
de celenergiehuishouding en wordt verhoogd in het geval van energie-tekort. Citraat is een product van de
citroenzuurcyclus, en wordt verhoogd in het geval van een overvloed aan voedingsstoffen. Beide
activatoren binden aan PFK-2, waardoor deze geactiveerd wordt.
De activatie van PFK wordt tegengegaan door twee inhibitors: ATP en citraat. ATP is een product van de
celenergiehuishouding en wordt verhoogd in het geval van energie-overschot. Citraat is een product van de
citroenzuurcyclus, en wordt verhoogd in het geval van een tekort aan voeding.
16. Wat voor reactie wordt gekatalyseerd door respectievelijk een fosfatase en een fosforylase?
Een fosfatase katalyseert een reactie waarbij een fosfaatgroep van een stof wordt verwijderd. Dit kan een
fosfaatgroep zijn die aan een eiwit, een nucleotide of een andere stof is gebonden. Bijvoorbeeld, in de
glycolyse, een fosfatase kan gebruikt worden om fructose-1,6-bisphosphate om te zetten in fructose-6-
fosfaat, waardoor de glycolyse wordt afgeremd.
, Een fosforylase katalyseert een reactie waarbij een fosfaatgroep aan een stof wordt toegevoegd. Dit proces
wordt fosforylering genoemd en kan worden gebruikt voor het regelen van enzymactiviteit of het opslaan
van energie. Bijvoorbeeld, in de glycolyse, een fosforylase kan gebruikt worden om glucose te activeren
door de toevoeging van een fosfaatgroep, waardoor de glycolyse wordt gestart.
17. Leg uit hoe het kan dat fosforylering van 1 serine residu de activiteit van een enzym kan doen
veranderen.
Fosforylering is een proces waarbij een fosfaatgroep aan een stof wordt toegevoegd, meestal aan een eiwit.
Een specifiek type fosforylering is de post-transcriptionele modificatie van eiwitten, waarbij een
fosfaatgroep wordt toegevoegd aan een specifiek aminozuurresidu in het eiwit, zoals serine, threonine of
tyrosine.
De fosforylering van een specifiek aminozuurresidu in een enzym kan de activiteit van het enzym
veranderen door het veranderen van de structuur of de interactie van het enzym met andere stoffen.
Bijvoorbeeld, fosforylering van serine of threonine residu kan leiden tot het veranderen van de
oplosbaarheid van het enzym, waardoor het enzym zich beter bindt aan andere eiwitten of substraten, of
het kan de stabiliteit van het enzym veranderen. Fosforylering van tyrosine residu kan leiden tot het
veranderen van de binding van het enzym aan andere eiwitten of substraten.
Daarom, de fosforylering van een serine residu kan de activiteit van een enzym veranderen door een
verandering in de structuur van het enzym te veroorzaken, waardoor het enzym zich beter of slechter kan
binden aan andere eiwitten of substraten. Dit kan leiden tot een verandering in de activiteit van het enzym,
waardoor het enzym meer of minder efficiënt kan werken in een biochemische reactie.
18. Wat is de invloed van glucagon en insuline op het bloedsuikergehalte?
Glucagon en insuline zijn hormonen die betrokken zijn bij de regulatie van het bloedsuikergehalte. Beide
hormonen worden geproduceerd door specifieke cellen in de alvleesklier en worden afgegeven in het bloed
wanneer de bloedsuikerspiegel verandert.
Glucagon heeft als functie om het bloedsuikergehalte te verhogen. Het verhoogt de bloedsuikerspiegel
door de lever te stimuleren om glucose vrij te geven uit glycogenopslag. Tevens kan het glucagon ervoor
zorgen dat de lever glucose produceert uit niet-koolhydraten bronnen zoals aminozuren en vetten. Dit
proces heet gluconeogenese. Dit proces helpt bij het handhaven van een gezonde bloedsuikerspiegel
tijdens lange periodes zonder eten.
Insuline daarentegen heeft als functie om het bloedsuikergehalte te verlagen. Het verlaagt de
bloedsuikerspiegel door te stimuleren dat glucose in de cellen wordt opgenomen, waardoor de
bloedsuikerconcentratie afneemt. Insuline activeert ook de glycogeen synthase enzym, hierdoor wordt
glucose opgeslagen in de vorm van glycogen in de lever en spieren. Dit helpt bij het opbouwen van
energiereserves voor later gebruik.
In samenvatting heeft glucagon als functie om het bloedsuikergehalte te verhogen en insuline als functie
om het bloedsuikergehalte te verlagen door respectievelijk gluconeogenese en glucose opname te
stimuleren. Dit helpt bij het handhaven van een gezonde bloedsuikerspiegel in het lichaam.
19. Hoeveel gram glucose hebben de hersenen per dag nodig en hoe groot is de glycogeen voorraad?
Waarom is het essentieel dat glucose uit niet-koolhydraat bronnen kan worden aangemaakt?
De hersenen hebben ongeveer 120-150 gram glucose per dag nodig als hun primaire brandstof. De
hersenen kunnen niet grote hoeveelheden glycogen opslaan, dus ze zijn afhankelijk van een continu
aanvoer van glucose uit het bloed om hun energiebehoeften te vervullen. De glycogeen voorraad in de
lever en spieren is ongeveer 100-120 gram, dit kan variëren afhankelijk van de individuele persoon.
Het is essentieel dat glucose uit niet-koolhydraat bronnen kan worden aangemaakt, omdat de hersenen
afhankelijk zijn van een continu aanvoer van glucose als hun primaire brandstof. Als het lichaam geen
glucose meer uit koolhydraten kan halen, bijvoorbeeld tijdens een lange periode van vasten of bij diabetes
type 1, moet het in staat zijn om glucose te produceren uit andere bronnen, zoals vetten en aminozuren via
gluconeogenese. Dit proces is essentieel om te voorkomen dat
