Beste Student,

     

www.VETserieus.nl      Beste Student,    De documenten op VETserieus.nl zijn  alleen bedoeld als ondersteuning bij  het studeren. De samenvattingen worden nagekeken door studenten tijdens  het volgen van de lessen en waar nodig aangepast. Dit project heeft als doel  foutloze  samenvattingen  te  bieden  die  met  hun  tijd  meegaan,  ondanks  dit  streven is er altijd een kans dat er fouten in de documenten staan. Mocht je  tijdens het lezen van de samenvatting fouten vinden kun je dat doorgeven  via  de  contactpagina  op  de  site  of  direct  een  mail  sturen  naar  [email protected]    De  student  is  verantwoordelijk  voor  zijn  of  haar  leermethode  en  voor  het  uiteindelijke resultaat. Allemaal veel succes met de voorbereidingen!!    Hartelijke groet,    VETserieus.nl 

Samenvatting CM     COLLEGE 1  De  20  aminozuren  die  als  bouwstof  voor  eiwitten  dienen  zijn  allemaal  L‐2‐aminozuren  waarbij  de  zijketen voor allemaal verschillend is: 

    de binding tussen aminozuren heten peptidebindingen:  

    Alanine is een aminozuur met een CH3 als zijketen.  

  De  L2  duidt  erop  dat  alleen  de  L‐optische  isomeren  in  ons  lichaam  voorkomen  waarbij  C2  asymmetrisch is. Alleen de strcutuur van Glycine is symmetrsich en van de rest kennen we dus een D 

en een L‐vorm.      Aminozuren kunnen overzichtelijk ingedeeld worden bij neutrale ph:”    Positief geladen zijketens  Negatief geladen zijketens 

Polair  karakter  deze  hebben  bij  een  neutrale  pH  geen  lading  maar  wel  een  polair  karakter.  Het  betreft hier de aminozuren met een N‐H; O‐H of S‐H binding. N, O en S trekken de elektronen sterk  naar zich toe  van waterstof af.     De bovenstaande groepen hebben allemaal hydrofiele zijketens en zijn dus oplosbaar in water.   Aminozuren met hydrofobe of apolaire zijketens kunnen dit niet en zullen in een eiwit dus meestal  naar binnen steken.     GABA heeft bijvoorbeeld ook een aminogroep en een carboxylgroep maar is geen aminozuur omdat  deze twee groepen niet beiden aan C2 zijn gebonden.     Aminozuren  kunnen  geclassificeerd  worden  op  zuur  of  basisch,  hycrofoob/hydrofiel  en  daarmee  polair of niet‐polair. Hydrofobe aminozuren zijn per definitie niet polair, hydrofiele aminozuren zijn  polair.  Over het algemeen kun je wel stellen dat NH2 en OH groepen polaire groepen zijn.     Een  eiwit  wordt  in  een  bepaalde  configuratie  opgevouwen,  deze  opvouwing  wordt  bepaald  door  allerlei  niet  covalente  bindingen  zoals  waterstofbruggen,  ionische  bindingen  en  van  der  waalsverbindingen. Daarnaast is de hydrofobiteit een rol die speelt bij de opvouwing van eiwitten,  daar de hydrofobe delen vaak naar binnen keren.     Elk eiwit kent één vrom van opvouwing die natuurlijk gebeurd: natieve structuur. Deze structuur is  de vorm van opvouwing met de minste vrije energie en wordt alleen veranderd bij interacties met  andere  moleculen.  De  conformatieveranderingen  zijn  cruciaal  voor  de  functie  van  het  eiwit.  Prion  eiwitten  zijn  gevaarlijk  omdat  deze  juist  gevouwen  eiwitten  in  de  verkeerde  conformatie  keren.  Ondanks  dat  eiwitten  zelf  in  de  juiste  conformatie  kunnen  komen  is  het  vaak  zo  dat  moleculaire  chaperonen  helpen  bij  de  conformatie.  De  uiteindelijke  3d  strcutuur  wordt  desalniettemin  toch  bepaald door de aminozuurvolgorde.     Het is nog niet mogelijk om puur uit de aminozuurvolgorde eiwit conformatie te herleiden wel zijn er  twee  vormingen  van  vouwen  van  aminozuren  die  vaak  voorkomen  en  die  af  te  leiden  zijn  uit  de  aminozuurvolgorde. Alpha helixen en beta sheets. Deze worden gevormd uit de waterstofbindingen  in eiwitten tussen de NH en CO groepen. De aminozuurzijketens zijn niet betrokken bij de vorming  van deze zijketens, en kunnen dus gevormd worden uit een tal van aminozuren.     Een  helix  kan  rechtshandig  zijn  of  linkshandig  afhankelijk  van  welke  kant  de  structuur  op  draait.  Delen  van  een  eiwt  met  alpha  helixen  komen  voornamelijk  voor  in  celmembranen  voor  transport  en  receptoren.  Een  coiled  ciol  ontstaat  als  twee  helixen om elkaar heen draaien en een zeer stabiele  structuur  vormen.  Dit  gebeurdt  wanneer  de  helixen  hun  niet‐polaire  delen  aan  één  kant  draaien,  deze  draaien  naar  binnen  en  de  hydrofiele  delen  blijven  buiten.     Betasheets  worden  gevormd  wanneer  er  waterstofbindingen  worden  gevormd  tussen  sgementen van de polypeptide. Hier heb je parallele  en niet‐parallele varianten afhankelijk of de strengen  naast  elkaar  in  dezelfde  of  tegengestelde  richting  gaan.    

Eiwitten  kun  je  in  primaire  (aminozuurvolgorde),  secundaire  (alpha  en  beta),  tertiare  strcutuur  (conformatie).   Losstaand van bovengenoemde is het eiwit domein, wat een deel van het eiwit si wat afzonderlijk in  een bepaalde conformatie kan zitten.  De verschillende domeinen waaruit een eiwit bestaat is vaak  geassocieerd met verschillende functies.     Ondanks de  vele mogelijkheden tot conformaties zijn er  beperkte  conformaties,  de  rest  is  niet  nuttig  en  zijn  dus  ook uitgeselecteerd.   Eiwitten  kunnen  ook  op  basis  van  families  ingedeeld  worden,  waarbij  delen  van  de  aminozuurvolgorde  gelijk  zijn.  Er  zijn  dus  herhalende  stukjes  die  in  meerdere  eiwitten  voorkomen.  Wel  hebben  ze  verschillende  functies.   Op dezelfde wijze waarop eiwitten conformaties kunnen  aangaan  kunnen  ook  eiwitten  onderling  met  elkaar  binden  waardoor  grotere  structuren  ontstaan.  Elk  stuk  wat kan binden heet een bindingsplaats.     Proteïne  kunnen  heel  verschillende  vormen  hebben  en  op  die  manier  dus  ook  compleet  verschillende  functies.  Enzymen hebben bijvoorbeeld een globulaire vorm, een  ronde  vorm.  Andere  eiwitten  hebben  echter  een  uitgerekte  vorm,  vezeleiwitten.  de  helische  tunnel  is  bijvoorbeeld voor transport handig.     Om  de  stabiele  structuur  van  eiwtten  te  behouden  worden  ze  vaak  geholpen  door  sulfiede  bindingen  (S‐S).  Deze bindingen worden gebruikt om bij trasnport de eiwitten stabiel in conformatie te houden maar  veranderen de conformatie zelf niet. In het cytosol worden deze bindingen over het algemeen niet  gevormd omdat daar deze bindingen direct weer worden afgebroken. Dit  is  echter  neit  echt  nodig  door  de  milde  omgeving  van  het  cytosol.    Alle  eiwitten  binden  uiteindelijk  aan  andere  eiwitten,  sommige  sterke  en  sommige  zwakke  bindingen  maar  altijd  met  grote  specificiteit.  Een  stof  dat aan een eiwit gebonden wordt heet een ligand. Één enkele binding is  altijd  zwak,  daarom  zijn  meerdere  bindingen  vereist  om  een  goede  binding  te  vormen.  Alle  eiwitten  moeten  aan  hun  specifieke  liganden  binden om hun functie uit te oefenen. De best ontwikkelde hiervan zijn  de  anitlichamen,  wwaarbij  ons  lichaam  de  mogelijkheid  heeft  tot  het  maken  van  een  antilichaam  voor  ekle  mogelijk  bedenkbare  stof.  De  aminozuurvolgorde en lengte kan hiermee in tal van variaties veranderen  zonder  de  basis  structuur  Y‐vorm van het antilichaam  te veranderen.                  

    Antilichamen  zijn  gebonden  op  B‐lymfocyten  en  wanneer  deze  binding  aan  een  lichaamsvreemd  eiwit kunnen ze ook meer van hetzelfde soort antilichaam maken. Dit is de basis voor vaccinaties.   Antilichamen kunnen ook gebruikt worden om moleculen te zuiveren.   1. Immunoaffiniteits  kolomchromatografie:  hierbij  heb  je  een  buis  vol  antigenen,a  lle  moleculen kaan gewoon door de buis heen, behalve de moleculen die aan de antilichamen  binden. Na een zogeheten wah kun je deze moleculen weer uit de buis vrijmaken.   2. Immunoprecipitatie:  je  gooit  de  antilichamen  in  een  bak  met  moleculen.  Na  centrifugatie  kun je de aan het antilichaam gebonden molecuul onderscheiden.   3. Microscopische  detectie:  gelabelde  moleculen  binden  aan  een  antilichaam  waardoor  het  antilichaam zichtbaar wordt onder de microscoop  4. Biochemische detectie: elektroforese wordt gebruikt om antigenen te scheiden van andere  moleculen.  Incubatie  met  de  antilichamen  labelen  het  antilichaam  waardoor  de  positie  duidelijk wordt.     Ook  als  je  eiwitten  wilt  bestuderen  zul  je  ze  moeten  isoleren  van  de  omgeving.  Eerst  zal  je  dus  de  cellen  en  de  omgeving  op  gecontroleerde  wijze  kapot  maken,  waarbij  met  name  het  plasma  membraan  kapot  gemaakt  wordt:  hge  frequentie  geluiden;  detergent  die  gaten  in  het  membraan  maakt;  door  kleine  ruimte  persen;  door  een  rotator  in  buisje  te  doen.  Het  soepje  met  moleculen  wat je dan over houdt kun je scheiden zodat je alleen nog maar het eiwit hebt. Dit kan je op twee  manieren doen:    1. Kolom chromotografie: eiwitten worden door een stof gepompt. Omdat elk eiwit verschilt in  reactie  met  die  stof  zullen  ze  in  verschillende  snelheden  door  de  stof  heen  komen.  In  verschillende  buisjes  op  tijd  kun  je  dan  de  verschillende  eiwitten  opvangen.  Ze  kunnen  gescheiden worden op basis van hydrofobitiet, lading, grootte of de mogelijkheid tot andere  stoffen binden.   2. Elektroforese:  hierbij  plaats  je  de  eiwitmix  op  een  gelplaat  waar  de  eiwitten  doorheen  trekken. De snelheid hiervan wordt bepaald door de lading en de grootte van het eiwit. Op  de gelplaat krijgt elk eiwit een andere positie en is precies te zien waar elk eiwit zich bevindt.     Voor sommige eiwitten is binding de basis functie, andere eiwtten, enzymen, gebruiken dit echter als  klein  stapje  in  de  functie.  Deze  versnellen  andere  reacties  zonder  dat  hun  eigen  conformatie  veranderd  wordt.  Ze  werken  vaak  in  teams,  waarbij  het  product  van  de  een  het  substraat  voor  de  ander  is.  Ze  verlagen  de  energie  die  nodig  is  om  een  reactie  te  laten  plaatsvinden,  veel  van  de  reacties  door  enzymen  zullen  anders  slechts  bij  zeer  hoge  temperaturen  dus  niet  in  het  lichaam  plaatsvinden. De bindingsplaats van het enzym vouwt het substraat ook zodanis dat de reacties het  beste kunnen verlopen.   Enzymen  bevatten  ook  vaak  cofactoren:  kleine  moleculen  die  in  de  buurt  van  het  actieve  centrum  gebonden  zijn  en  noodzakelijk  voor  de  functie  van  het  enzym.  Deze  cofactoren  kunnen  kleine  metalen  zijn  of  kleine  organische  moleculen  (coenzymen,  vaak  afgeleiden  van  vitamines).  Een  enzym  zonder  cofactor  wordt  een  apoenzym  genoemd  en  na  koppeling  van  een  cofactor  heet  het  een holo enzym. Wanneer de coenzymen stevig gebonden zijn aan het enzym heet het ook wel de  prosthetische  groep.  de  meeste  enzymen  bevatten  echter  een  metaalion  gebonden  bij  het  actieve  centrum, welke deelneemt aan de reactie.    

COLLEGE 2  Niet levende dingen zullen zonder energieinput streven naar een hogere mate van wanorde entropie  (S). Levende cellen echter genereren wel orde op elk niveau. Dit si mogelijk doordat cellen energie  van de omgeving kunnen verkrijgen en deze opslaan in energie opgeslagen in chemische bindingen.   De tendens van dingen om te streven naar een grotere staat van wanorde/ entropie  is  de  tweede  wet  van  thermodynamica  welke  zegt  dat  in  een  geisoleerde  ruimte  de  entropie  alleen  maar  kan  toenemen.  De  hoeveelheid  entropie  in  een  systeem  kan  gekwantificeerd  worden,  Nu  lijkt  het  dat  cellen dus niet aan deze regel voldoen, dit is echter niet correcy. Cellen gebruiken energie om orde te  creeëren. Warmte is de meest ongeordende vorm van energie. Cellen laten energie vrijkomen in de  vorm van warmte, waardoor de orde in cellen gecompenseerd wordt door vergroting van entropie in  de omgeving.    De eerste wet van thermodynamica stelt dat energie omgezet kan worden van de ene vorm in de  andere,  maar  dat  het  niet  gecreeërd  kan  worden  en  ook  niet  kan  verdwijnen.  De  omzetting  van  energie in de cel naar warmte is noodzakelijk omdat alleen dan voldaan kan worden aan de 2e wet  van thermodynamica. Planten gebruiken zonlicht als energie om de chemische verbindingen aan te  maken  (anders  dan  organische  moleculen)  en  kunnen  dus  van  inorganische  materialen  leven.  Fotosynthese  wordt  gedaan  met  als  input  water,  CO2  en  zonlicht  en  omgezet  naar  suikers,  O2  en  warmteenergie.   Om de energie in de bindingen vrij te maken is geleidelijke oxidatie nodig. Oxidatie slaat in dit geval  niet alleen op de additie van zuurstof maar ook o de overdracht van elektronen. Oxidatie is dan het  verwijderen van alektronen, reductie is het toevoegen van elektronen en gebeurd dus altijd tegelijk.  De termen zijn al bruikbaar ook als er een gedeeltelijke shift van elektronen is bij bijvoorbeeld een  covalente  binding.  Het  oppikken  van  een  elektron  gaat  vaak  gepaard  met  het  oppikken  van  een  proton.  Daarom  worden  reducties  ook  wel  hydrogenaties  en  oxidaties  dehydrogenaties  genoemd.  Enzymen worden gebruikt om deze in kleine stappen uit te voeren. C atomen in een C‐O verbinding  zijn dus geoxideerd (de o trekt harder aan de elektronen) en in een CH binding gereduceerd.     Warmte  die  uitgestraald  wordt  wordt  ook  wel  vrije  energie  genoemd.  Reacties  zullen  alleen  plaatsvinden  als  de  hoeveelheid  vrije  energie  groter  wordt  (en  dus  de  entropie).  Deze  reacties  worden dan energetisch favoriet genoemd. wanneer je een reactie wilt laten verlopen die naar een  kleinere hoeveelheid vrije energie gaat heb je energie input nodig. Dit heet de activatie energie, wat  in levende wezens vaak gebracht wortd door enzymen.  Enzymen houden in dit geval het substraat  zodanig dat de activatie energie sterk verlaagd wordt, wanneer dit gebeurd heet het enzym ook wel  een  katalysator.  Zonder  enzymen  zou  het  leven  niet  mogelijk  zijn.  Enzymen  kunnen  niet  een  energetsich infavoriete reactie spontaan laten verlopen, in plaats daarvan koppelen ze een favoriete  reactie (negatieve delta G) aan een niet favoriete reactie (positieve delta G).  De  delta  G  hangt  niet  alleen  af  van  de  hoeveelheid  vrije  energie  die  vrijkomt  maar  ook  van  de  concentratie van de stoffen. De formule om de delta G te berekenen hangt dus af van de standaard  delta G (ΔG°) van de reactanten en de concentraties van X en Y. De standaard delta G is gelijk aan de  gevonden delta G wanneer de concentraties van X en Y precies gelijk zijn.     ΔG =  ΔG° + 0,616 ln (X/Y).     Het getal 0,616 is een constante welke afhangt van de gasconstante en temperatuur (37C)  Een chemisch equilibrium vindt plaats wanneer de reactie heen en terug precies gelijk aan elkaar zijn  (staat dus niet stil!!!) K wordt hierbij aangeduidt met het equilibrium constante welke afhangt van de  concnetraties. K = X/Y. Wanneer twee reactanten samen een eindproduct vormen blijven deze regels  hetzlefde, alleen is K dan afhankelijk van X, Y én XY. Omdat K direct van invloed is op de reactie wordt  het ook wel als een maat gezien voor de bindingssterkte van de reactanten. Het equilibrium wordt  ook groter zodra de bindingsenergie groter wordt en dus het verschil in vrije energie groter wordt.     De totale formule wordt hiermee dus ΔG =  ΔG° + 0,616 ln K.  

Voor  opeenvolgende  reacties  is  de  totale  som  van  de  vrije  energie  van  de  afzonderlijke  reacties  optelbaar.  Hiermee  is  koppeling  van  verschillende  reacties  mogelijk  en  een  positieve  delta  G  koppelen  aan  een  grotere  negatieve  delta  G  zal  de  reactie  toch  laten  verlopen  ongeacht  dat  ed  tussenstap energetisch infavoriet is. Hier zijn enzymen voor nodig.   In de cel wordt ook constant gebruik gemaakt van dit principe waarbij een positieve delta G aan een  negatieve gekoppeld wordt. Activated carrier moleculen helpen hierbij doordat ze energie opslaan in  een uitwisselbare vorm (chemische groep of elektronen), NADH, ATP en NADPH zijn hier belangrijke  voorbeelden  van.  Enzymen  zorgen  ervoor  dat  een  groot  deel  van  de  vrije  energie  in  plaats  van  als  warmte  vrij  te  komen  opgeslagen  wordt  in  een  nuttige  vorm,  in  dit  geval  in  carrier  moleculen.  De  belangrijkste carrier is ATP waarbij een rijke fosfaatbinding is. Waar nodig kan ATP deze energierijke  verbinding opgeven door koppeling aan een andere reactie (fosforylatie).     Andere  belangrijke  carrier  moleculen  zijn  FADH2,  NADH,  NADHP  en  acetylCoA.  Wanneer  deze  moleculen een H bevatten worden ze ook wel hydride ionen getermd.       NADPH  wordt  veel  gebruikt  bij  anabolische  reacties,  terwijl  NADH  juist  gebruikt  wordt  bij  catabolische  reacties  waarbij  uiteindelijk  ATP  gegenereerd  wordt.  Hierdoor  is  de  ratio  van  NADH  (NAD+  oxiderende  agent  voor  caatbolische  reacties)  laag  terwijl  de  NADPH  (oxiderende  agent  voor  anabolische reacties) hoog is.     Acetyl CoA, bevat een acetylgroep: 

NADH‐NAD+, bevat elektronen en waterstofatomen.  

 

 

 ATP bevat een fosfaatgroep 

 FADH2 elektronen en waterstofatomen    De cel bevat een groot aantal macromoleculen, welke gevormd worden uit monomeren, door middel  van een condensatiereactie (afsplitsing water). Afbreken van polymeren geschiedt dus ook door de  additie  van  water.  Hydrolyse  is  energetisch  favoriet,  consensatie  kost  energie.  Hiervoor  wordt  hydrolyse van ATP gebruikt om de energie te leveren.  

    COLLEGE 3  Er zijn veel meer enzymen dan basisreacties in de cel, dit komt omdat een enzym hoog specifiek is.  Voor één reactie kunnen meerdere enzymen nodig zijn, omdat de restgroepen die deelnemen aan de  reactie  verschillend  zijn.  Enzymen  worden  geklassificeerd  op  basis  van  het  reactietype  dat  ze  katalyseren.  Elk  enzym  krijgt  zo  4  cijfers  achter  de  naam.  Om  te  illustreren  hoe  enzymen  reacties  katalyseren  wordt  het  voorbeeld  van  lysozym  gebruikt.  De  reactie  gekatalyseerd  door  dit  enzym  betreft  een  hydrolyse  reactie,  de  additie  van  een  water  molecuul  aan  een  binding  tussen  twee  suikers  waardoor  de  binding  gebroken  wordt.  Lysosym  zorgt  ervoor  dat  de  moleculen  in  een  zodanige  positie  transitie  staat  komen  dat  de  activatie  energie  sterk  verlaagd  wordt  (normaal  in  water gebeurd er niets) en de reactie mogelijk wordt.   Enzymen vinden hun substraten doordat de moleculen door warmte energie in constante beweging  zijn.  Ze  bewegen  dus  door  de  cel,  diffusie.  diffusie  werk  echter  alleen  voor  hele  kleine  afstanden,  omdat de tijd die nodig is om afstanden af te leggen met het kwadraat omhoog gaat per eenheid in  afstand. Voor grotere afstanden is energie nodig. Dat het binnen in een cel heel druk is maakt niet  uit. Enzymen en macromoleculen bewegen daarentegen heel langzaam, zitten bijna stil. De snelheid  van een enzymfunctie hangt dus af van het substraat, de concentratie, en niet het enzym zelf. Vmax  is de maat voor hoe snel een enzym werkt. Dit is dus het moment dat alle enzymen in de cel bezet  zijn en de snelheid waarmee gereageerd wordt zodat er een nieuw enzym gebonden kan worden is 

Vmax. Zoals net gesteld is de concentratie van een substraat ook belangrijk voor de snelheid omdat  deze bepaald in hoeverre er bindingen plaatsvinden.     Km is de maat voor de substraatconcentratie waarbij de maximale snelheid Vmax de helft is. Dus ½  Vmax    Km.  Een  lage  Km  waarde  indiceert  dat  de  substraatbinding  vrij  sterk  is  (er  is  minder  concentratie nodig om het enzym halve snelheid te laten werken,d it door langere binding).   Het is belangrijk je te realiseren dat wanneer een enzym de activatie energie van XY verlaagd, deze  ook  YX  bevordert  met  precies  dezelfde  hoeveelheid.  De  voorwaartse  en  terugwaartse  reacties  tussen  deze  stoffen  zullen  dus  evenredig  beïnvloedt  worden  door  het  enzym  en  om  die  reden  dus  ook ΔG° van een reactie onveranderd laten.     NB: enzymen veroorzaken geen reacties maar versnellen ze, dit kan echter zo hoog zijn dat het lijkt  dat enzymen reacties veroorzaken.     Wanneer er lage concnetraties van substraat zijn is de snelheid van het enzym nagenoeg evenredig  met  de  concentratie.  Wanneer  deze  hoger  wordt  is  dit  echter  niet  meer  zo,  er  zit  een  bepaald  maximum  aan.  Verder  zagen  Michaelis  en  Menten  een  simpel  model  in  de  enzym  kinetiek.  Hierbij  stelden ze dat een enzym en een substraat een ES complex vormt. Dit complex kan weer een product  vormen en een vrij enzym:    Hieruit  wordt  aangenomen  dat  een  product  niet  terugreageert  tot  het  substraat.  Als  aan  deze  voorwaarde wordt voldaan is met de volgende formule de enzymsnelheid te bepalen: 

    Deze formule is ook simpel in een grafiek uit te zetten: 

  De michaelis‐constante (Km) duidt in dit geval op die substraatconcentratie waarbij de snelheid van  het enzym op de helft van het maximum is. De Km is dus een maat voor de affiniteit van een enzym  voor zijn substraat, waarbij een hoge Km een lage affiniteit betekent.     Zoals je uit bovenstaande grafiek kunt  zien betreft  het hier een hyperbool die lastig nauwkeurig te  tekenen  is.  Een  rechte  lijn  kan  van  deze  grafiek  gemaakt  worden  door  aan  beide  kanten  het  omgekeerde, reciprook, te nemen.  

  Deze grafiek die je dan krijgt heet de lineweaver‐burkplot.  

 

    Enzymen  kunnen  geremd  of  geactiveerd  worden  door  moleculen.  Remmers  verlagen  de  enzymactiviteit of stoppen deze zelfs helemaal, activatoren stimuleren de activiteit (vaak producten  van metabolisme en dus belangrijk in het lichaam). De remming van enzymen kan zowel reversibel  als  irreversibel  zijn,  waarbij  bij  irreversibele  remming  het  enzym  voorgoed  onwerkzaam  is.  Wat  betreft de reversibele remmingen kennen we twee varianten: competitief en niet‐competitief.   Bij  competitief  gaat  de  remmer  op  de  plaats  van  het  substraat  zitten  waardoor  het  substraat  niet  meer  kan  binden  en  dus  de  werking  van  enzym  verloren  gaat.  Het  verlaagt  dus  de  reactiesnelhied  omdat  minder  enzymen  beschikbaar  zijn  voor  binding.  Wanneer  men  een  overmaat  aan  substraat  teodient kan deze vorm van remming teniet gedaan worden, de kans verhoogd namelijk dat er toch  substraat bindt.   

  Bij  niet‐competitieve  remming  bindt  de  inhibitor  zowel  het  kale  enzym  als  het  substraat‐enzym  complex.  De  maximale  reactiesnelheid  wordt  daardoor  verlaagd,  maar  het  toevoegen  van  een  overmaat  aan  substraat  kan  dit  niet  verhelpen.  Dit  komt  omdat  als  het  substraat  gebonden  wordt  deze  ook  in  de  inactieve  vorm  EIS  (enxym‐inhibitor‐substraat)  gebonden  kan  zijn.  Eveneens  veranderd deze vorm van remming ook niet de affiniteit van het enzym voor zijn substraat en blijkft  Km gelijk.  

 

  Veel eiwitten hebben voor hun functie een covalent gobonden groep nodig die niet uit aminozuren  bestaat  (zo  is  dat  heam  bij  hemaglobine).  Deze  groep  wordt  dan  de  prosthetische  groep  genoemd  welke ook enzymen nodug kunnen hebben, zoals FAD bij redoxenzymen. Vele van deze groepen zijn  afgeleiden  van  vitaminen.  De  enzymen  kunnen  ook  stoffen  nodig  hebben  die  niet  zozeer  aan  het  enzym  gebonden  zijn  maar  vrij  in  de  cel  voorkomen,  voor  enzymen  zijn  dit  coenzymen,  waarvan  NAD+ een goed voorbeeld is. Cofactoren zijn de metaalionen die enzymen nodig hebben voor hun  functie. Deze cofactoren en coenzymen zijn belangrijk bij de regulatie van enzymfunctie omdat deze  de  enzymsnelheid  en  functie  mede  bepalen.  Zeer  belangrijk  is  metabolisme.  De  regulatie  van  enzymen gebeurd ook op verschillende niveaus:  1. Hoeveelheid enzymen.   2. Enzymen op bepaalde locaties plaats laten nemen  3. Enzymactiviteit  bepalen  door  hoeveelheden  substraat  en  product.  (feedback  inhibition).  Naast  inhibitie  is  het  ook  mogelijk  om  juist  de  activiteit  te  stimuleren.  Vaak  zijn  meerdere  stoffen uit meerdere metabole paden van invloed op het enzym.     COLLEGE 4   Niet alle enzymatische reacties kunnen met behulp van het michaelis‐menten model verklaard  worden. Een belangrijke groep met afwijkende kinetiek is die van de allostere enzymen. In plaats van  een hyperbole curve levert deze groep een sigmoïdale (S‐vorm) curve op.  

Allostere  enzymen  bevatten  een  aantal  kenmerkende  eigenschappen.  Ze  hebben  meerdere  bindingsplaatsen waarbij de binding op één plek de vorm van de andere bindingsplaats veranderd.  Deze  conformatieverandeirng  zou  de  binding  van  substraat  op  de  andere  plek  kunnen  vergemakkelijken.  

    We kunnen ons dit enzym voorstellen in twee vormen, de tense (T) en de relaxed (R) vorm, waarbij  de binding van een substraat in de R vorm makkelijker is dan in de T vorm. Binding van een substraat  op  één  plaats  kan  het  gehele  enzym  van  de  T  naar  de  R  vorm  veranderen  waardoor  de  substraatbinding  voor  een  ander  enzym  vergemakkelijkt.  Eveneens  kan  de  activiteit  van  het  enzym  veranderd  worden  door  bindingen  van  andere  stoffen  op  andere  plaatsen  in  het  enzym  dan  de  bindingsplaats en zo de affinitiet beinvloeden. Je kunt dus allostere remmers en allostere acitvators  krijgen. Remmer = Tvorm; activator = Rvorm. Deze stoffen worden effectoren genoemd.  

links is activator, rechts is inhibitor.     Met  name  in  het  matabolisme,  waarbij  regulatie  heel  belangrijk  is,  zien  we  voornamelijke  allosterische enzymen.   Een andere manier van conformatieveranderingen bij eiwitten op gang brengen is door middel van  fosforylering of defosforylering. Omdat elke fosfaatgroep twee negatieve ladingen bevat kan dit een  enorme conformatieverandeirng als gevolg hebben, door de toetrekking van positief naar negatief.  Ook deze vorm van controle van enzymen komt veel in ons lichaam voor. Kinase is het eiwit die de  binding van een fosfaatgroep bevordert, fosfatase zorgt juist voor afsplitsen van de fosfaatgroep. De  staat waarin  een eiwit verkeerd  hangt  dus af van de hoeveelheden kinase en fosfatase. Bij binding  van  een  fosfaatgroep  vernaderd  de  conformatie,  maar  bij  afsplitsing  keert  deze  weer  terug  in  de  oude staat. De circulatie waarmee de fosforylering en defosforylering plaatsvindt gebeurd hele snel  om zo adequaat op prikkels te kunnen reageren. De energie die nodig is komt van ATP en het eiwit  inactief maken kost dus energie.  

GTP dient als andere brandstof die leidt tot conformatievernaderingen door fosforylering. GTP bindt  vaak  op  eiwitten  belangrijk  bij  de  signaal  en  communicatie  in  een  cel.  Waarbij  dus  aanbinding  van  een fosfaatgroep ook het eiwit inactief maakt. Het al dan niet binden van GTP wordt ook gereguleerd  door communicatieprocessen.     Conformatieveranderingen  zorgen  echter  ook  voor  andere  belangrijke  dingen  in  de  cel.  Zo  kunnen  deze  ervoor  zorgen  dat  motoreiwitten  grote  bewegingen  kunnen  aansturen  en  andere  moleculen  kunnen  verplaatsen.  Echter,  hierbij  is  het  wel  belangrijk  dat  deze  beweging  gecoödrineerd  wordt,  anders zou de beweging in evenwicht geraken en dus evenveel vooruit als achteruit wat dan geen zin  heeft. ATP biedt de energiebron om deze thermodynamische regel te omzeilen. Door de ATP binding  kunnen de bewegingen gecontroleerd worden. Voorbeelden van motorproteïnen die zo werken zijn  myosine  (spiermotor  eiwit)  en  kinesine  (chormosoom  beweging  tijdens  mitose).  Deze  manier  van  beweging kan ook in grotere eiwitcomplexen plaatsvinden waardoor de mogelijkheden zeer complex  en uitgebreid worden.    

COLLEGE 5  De  primaire  functie  van  biologsiche  membranen  is  het  handhaven  van  een  evenwicht  aan  weerszijden  van  het  membraan.    De  lipide  bilaag  vormt  de  basis  van  de  celmembraanstrcutuur.  Elke  lipide  heeft  een  hydrofiele kop en een hydrofobe staart. Fosfolipiden vormen de meest  voorkomende  lipide  in  de  celmembraan,  waarvan  fosfoatidylcholine  daarvan  weer  het  meest  voorkomend  is.  Dit  molecuul  heeft  aan  de  fosfaatgroep  een  choline  molecuul  gebonden,  en  twee  hydrokoolstof  ketens als staarten. De staarten komen origineel van vetzuren.     Moleculen  die  een  hydrofoobe  n  hydrofiel  deel  hebben  worden  amfipathisch genoemd. Andere delen in de cel zoals cholesterol zijn ook  amfipathisch. Nu kunnen deze stoffen in een vlak gaan zitten waarbij het  aantal  connecties  van  hydrofobe  delen  met  water  beperkt  wordt.  Een  lipide  bilaag  die  we  in  celmembranen  terug  vinden  is  echter  de  ideale  oplossing  voor  de  twee  delen  van  de  fosofolipide  waarbij  een  bol  gevormd wordt. Deze manier van conformeren is energetsich favoriet en  kost  dus  geen  energie  om  te  onderhouden.  Wanneer  er  een  scheur  komt  in  deze  laag  is  dit  energetisch  infavoriet  en  zullen  alle  moleculen  weer in dezelfde bilaag terug conformeren, wat de minste energie kost.  Daarom heeft het membraan een zelfherstellend vermogen.  

  Ook als de scheur heel groot is herstelt het membraan zich waarbij mogelijk kleinere vesicles worden  gevormd.  Ondanks  dat  de  membranen  altijd  in  de  conformatie  zullen  blijven  (bolvorm,  ze  buigen  niet)  is  het  wel degelijk zo dat de onderlinge lipiden in het membraan bewegen. Dit gebeurd dan wel binnen een  2d vlak, overspringen tussen de twee lagen gebeurt zelden, flip‐flop. De lipiden roteren ook nog eens  snel  om  hun  eigen  as  en  de  staarten  zijn  er  flexibel.    Deze  bewegingen  houden  de  membraan  vloeibaar,  wanneer  de  temperatuur  een  daarmee  de  beweging  daalt,  daalt  ook  meteen  de  vloeibaarheid van het celmembraan.   De vloeibaarheid van het  membraan is uiterst belangrijk voor de functie en  moet  binnen bepaalde  grenzen  gehouden.  Een  andere  factor  die  ook  uitmaakt  hoe  vloeibaar  het  membraan  is,  is  de  compositie  van  de  staarten.  Hoe  dichter  deze  op  elkaar  gepakt  zijn  hoe  minder  vloeibaar  het  membraan  is.  Hoe  de  staarten  op  elkaar  geplakt  worden  is  weer  afhankelijk  van  twee  dingen:  de  lengte en de verzadiging van een vetzuur. De lengte is van invloed omdat kortere ketens minder de  tendens vormen om met elkaar te interacteren. Hierdoor wordt de vloeibaarheid van het membraan  vergroot. Wat betreft de verzadiging is een onverzadigd vetzuur minder rijk aan protonen en betreft  dus een dubbele binding. Deze dubbele binding is niet flexibel en veroorzaakt een knik in de staart. 

Dit  maakt  het  lastiger  om  strak  op  elkaar  te  plakken  en  verhoogd  dus  de  vloeibaarheid  van  het  membraan.   Bacteriecellen  zijn  vrij  goed  in  de  vloeibaarheid  van  de  membranen  constant  te  houden  bij  wisselende omstandigheden. Bij dierlijke cellen is cholesterol hier van invloed op. Zij vullen de ruimte  op  die  tussen  de  fosfolipiden  in  het  celmembraan  ontstaan  door  onverzadigde  vetzuren.  Hierdoor  wordt de vloeibaarheid van het membraan minder en het membraan dus versterkt.   Membraanvloeibaarheid is echter zeer belangrijk voor de functie van het mebraan:  1. Het zorgt ervoor dat membraan eiwitten makkelijk doro het membraan kunnen diffuseren  2. Het maakt het mogelijk voor membranen samen te smelten.   3. Het zorgt ervoor dat membraan moleculen eerlijk verdeeld worden tussen dochter cellen.    Celmembranen zijn over het algemeen assymmetrisch, waarbij de binnenkantmembraan van de cel  (cytosollische zijde) er heel anders uit ziet dan de buitenkant. Dit komt door de enorme verschillen in  glycolipiden  en  fosfolipiden  gebruik.  Tevens  zijn  de  eiwitten  die  in  het  membraan  vastzitten  verschillend aan de binnen en buitenzijde.   De assymetrie wordt al vastgesteld bij de formatie van de fosfolipiden door eiwitten gebonden aan  de cytosollische zijde van het membraan van het  ER. Deze gebruiken vetzuren als substraat voor de  formatie van fosfolipiden en deze worden dan vervolgens in de cytosollische zijde van het mebraan  vrijgelaten. Een deel van deze nieuwe gevormde fosfolipiden worden met behulp van flippase naar  de  andere  zijde  van  het  membraan  overgebracht.  Deze  flippase  kan  selectief  op  bepaalde  fosfolipiden  reageren  waardoor  ook  specifiek  deze  fosfolipiden  in  een  van  beide  zijden  worden  geplaatst.  Een  ander  mechanisme  zorgt  voor  de  overdracht  van  met  name  glycolipiden  naar  de  extracellulaire zijde van het membraan.     Het  nieuwe  membraan  wat  in  het  intracellulaire  compartement  van  het  ER  gevormd  wordt  zal  getransporteerd  moeten  worden  naar  andere  mebranen  om  deze  bij  te  werken.  Dit  gebeurd  door  middel van het vormen van vesicles welke vervolgens in een ander membraan gecorporeerd worden.      Eiwitten spelen in het mebraan een belangrijke rol. Deze zijn vele groter dan lipiden.  

      Deze eiwitten kunnen vastzitten aan het membraan op verschillende manieren. Ze kunnen door het  membraan  heen  zitten  (transmembraan),  met  een  deel  in  de  bilaag  vastzitten  (mebraan  geassocieerd), aan een lipide van de bilaag vastzitten (lipide gelinkt) of aan een ander eiwt wat aan  het  membraan  vastzit  zitten  (eiwit  gebonden.)  eiwitten  die  direct  aan  het  membraan  vastzitten  kunnen alleen loskomen door het membraan aan te tasten en heten dan ook integrale membraan  eiwitten. De rest is perifeer.     COLLEGE 7  Stofwisseling  en  metabolisme  duidt  op  de  processen  die  cellen  gebruiken  om  zichzelf  in  stand  te  houden (opbouw en reparatie) en energie uit voedselmoleculen halen.    

De  belangrijkste  energiebron  voor  cellen  zijn  de  suikers.  De  hoge  energiebindingen  die  in  suikers  zitten  worden  vrijgemaakt  door  oxidatieprocessen.  De  suikermoleculen  worden  afgebroken  uiteindelijk  tot  CO2  en  H2O  samen  met  hoge  energieverbindingen  die  opgeslagen  worden  in  bijvoorbeeld ATP en NADPH. De oxidatie van suikers vind in een hoog gecontroleerde volgorde plaats  waarbij  gebruik  gemaakt  wordt  van  enzymen.  De  carrier  moleculen  zorgen  ervoor  dat  energie  tijdelijk opgeslagen of getransporteerd kan worden om vervolgens op de juiste locatie en het tijdstip  gebruikt te worden.     Dierlijke cellen maken ATP op twee manieren. In de eerste stap worden door enzym gekatalyseerde  reacties direct gekoppeld aan de energetisch infavoriete reactie: ADP + P ‐> ATP. In een andere stap  die  plaats  vind  in  de  mitochondria    wordt  de  energie  van  carrier  moleculen  gebruikt  om  ATP  te  vormen.     Voedselmoleculen  worden  in  3  verschillende  stadia  afgebroken,  katabolisme.  Belangrijk  bij  voedselafbraak  is  dat  de  processen  hierbij  betrokken  de  voedselmoleculen  afbreken  maar  niet  de  essentiële macromoleculen in onze cellen.   1. Extracellulair en cytosol: Om te voorkomen dat lichaamseigen macromoleculen worden  afgebroken vind stap 1 plaats buiten de cel of in speciale lisosomen, waarbij het lisosoom  membraan de enzymen scheidt van het cytosol van de cel. Verteringsenzymen breken de  polymeren  op  in  monomeren.  Hierna  komen  deze  delen  binnen  in  het  cytosol  waar  de  oxidatie begint.  (geen energie productie)  2.  Cytosol  en  mitochondrium:  Hier  vinden  een  aantal  opeenvolgende  stappen  plaats,  glycolyse, waarbij elk glucose molecuul wordt omgezet in twee pyruvaat moleculen. Bij  deze vorming worden twee carrier moleculen geproduceerd: ATP en NADH. Vervolgens  wordt de pyruvaat naar het mitochondrion getransporteerd, waarbij CO2 en een twee‐ koolstof  acetyl  groep.  Deze  acetylgroep  bindt  vervolgens  aan  een  coenzym  (CoA)  waardoor acetyl‐CoA wordt gevormd . (matige energie productie, ATP)  3. Mitochondrium:    de  acetylgroep  van  acetyl‐CoA  is  verbonden  door  een  hoog  energetische verbinding en daarom makkelijk transporteerbaar naar andere moleculen.  De  acetylgroep  vervolgd  een  aantal  reacties  die  samen  de  citroenzuurcyclus  genoemd  worden.  De  acetylgroep  is  uiteindelijk  tot  NADH  en  CO2  afgebroken.  De  NADH  wordt  uiteindelijk langs een elektrontransportketen gedaan (mitochondrium inner membraan)  waarbij  energie  geproduceerd  wordt  in  de  vorm  van  ATP  en  O2  gebruikt  wordt.  Het  proces waarbij ATP geproduceerd wordt in de elektrontransport keten heeft oxidatieve  fosforylering.  De  gevormde  ATP  verlaat  vervolgens  het  mitochondrium  en  gaat  het  cytosol in. (hoge energie productie).   De  helft  van  de  energie  die  in  theorie  gevormd  zou  kunnen  worden  uit  de  afbraak  van  glucose  of  vetzuren wordt gebruikt om energetisch minder aantrekkelijke reacties te volstaan, ADP + P ‐> ATP.  De rest wordt vrijgelaten als warmte. Dit lijkt weinig maar het rendement van een auto is selchts 20%  en die van een cel dus 50%.    

    Nu gaan we iets verder in op de afbraak van één soort molecuul, glucose in de glycolyse.  

Glucose                                                                                                      pyruvaat     Glycolyse  in  het  cytosol  produceert  ATP  zonder  dat  hier  zuurstof  bij  nodig  is.  Tijdens  de  glycolyse  wordt één glucose molecuul afgebroken tot 2 pyruvaat moleculen. Tijdens de glycolyse worden eerst  2  ATP  gebruikt  voor  de  eerste  stappen,  maar  later  worden  er  4  geproduceerd.  De  nettowinst  van  glycolyse  is  dus  2  ATP.  De  glycolyse  bestaat  uit  10  verschillende  stappen  en  alle  enzymen  die  meedoen aan de glycolyse hebben een naam die eindigt op –ase.  

  Ongeacht dat er geen zuurstof nodig is bij de glycolyse vindt er toch oxidatie plaats door afsplitsing  van elektronen door NAD+ waarbij NADH gevormd wordt.  (bekijk panel 13.1 op p. 432 Alberts) 

  Oxidatie  is  een  chemisch  proces  waarbij  een  stof  (de  reductor)  elektronen  afgeeft  aan  een  andere  stof (de oxidator) waarbij het oxidatiegetal van de reductor toeneemt. Vroeger definieerde men een 

oxidatie als een reactie met zuurstof. Voorbeelden zijn roesten en verbrandingsreacties. Het proces  ontleent  zijn  naam  dan  ook  aan  het  woord  oxygenium,  de  Latijnse  naam  voor  zuurstof.  Zuurstof  hoeft nochtans niet per se betrokken te zijn in een oxidatie. Een voorbeeld : Fe2+ → Fe3+ + e‐   Fe2+ is hier de reductor. Het staat één elektron af en wordt daarbij geoxideerd tot Fe3+.  Met  een  oxidatie  gaat  altijd  een  reductie  gepaard.  De  afgestane  elektronen  moeten  immers  opgenomen  worden  door  een  andere  stof  (de  oxidator)  ,  die  dus  gereduceerd  wordt.  Het  geheel  (oxidatie en reductie samen) noemt men een oxidatie‐reductiereactie of redoxreactie.    De  glycolyse  is  voor  de  meeste  cellen  slechts  het  begin  van  de  volledige  glucose  afbraak.  Pyruvaat  wordt namelijk in de mitochondriën verder afgebroken tot acetyl‐CoA en in de Krebcyclus verder tot  CO2  +  H2O.  Glycolyse  is  echter  wel  de  belangrijkste  bron  van  energie  voor  cellen  zonder  mitochondriën  (rode  bloedcellen)  en  tijdens  gebrek  aan  zuurstof.  Onder  deze  anaerobe  omstandigheden  blijven  pyruvaat  en  NADH‐elektronen  in  het  cytosol.  Het  pyruvaat  wordt  geconverteerd in stoffen die buiten de cel zullen treden zoals Lactaat en Ethanol. NADH wordt tijdens  dit  proces  teruggevormd  tot  NAD+  wat  noodzakelijk  is  de  cyclus  draaiende  te  houden  (NAD+  is  grondbenodigdheid  voor  glycolyse).    Anaerobische  energieproducerende  reacties  als  deze  heten  fermentaties.    De  vorming  van  lactaat  (dieren)  of  ethanol  (gisten  en  bacteriën)  is  dus  noodzakelijk  om het beginproduct van de glycolyse (NAD+) te kunnen vormen uit NADH.     Hieronder volgen alle 10 de stappen van de glycolyse.     Stap 1, fosforylering van Glucose: 

Stap 2, isomerisatie: 

 

    Stap 3, tweede fosforylering, belangrijkste snelheidsregulerende stap in de glycolyse.  

  Stap 4: splitsing in twee 3 C‐atoom moleculen 

 

    Stap  5:  dihydroxyacetonfosfaat  wordt  geïsomeriseerd  tot  glyceraldehyde‐3‐P.  Hierdoor  kan  ook  dihydroxyacetonfosfaat  verder  in  de  glycolyse,  zie  vetzuur  synthese  en  gluconeogenese  voor  verder vervolg van deze stap!!!! 

  Stap 6: begin van energie productie, oxidatie van twee glyceraldehyde‐3‐P 

 

  Stap 7: transfer van high energy P naar ADP (   

 

 fosfoglyceraatkinase  Stap 8: andere fosfaat verplaatst naar C2. 

 fosfoglyceraat mutase    Stap 9: afsplitsing van water, vorming nieuwe high energy fosfaat binding! 

 enolase    Stap 10: vorming pyruvaat 

 pyruvaat kinase    Totale glycolyse:  glucose ⇒ 2 pyruvaat + 2 NADH + 2 ATP    Niet veel, maar glycolyse levert wel degelijk ATP (2) op, wat gebeurt in stap 6 en 7 van de glycolyse.  Hoe dit gebeurt is in woorden lastig uit te leggen. Lees hiervoor p435, 436 en 437 door.    In  stadium  3  van  Katabolisme  wordt  de  meeste  energie  geleverd,  bij  zowel  de  afbraak  van  koolhydraat  als  van  vetten.  De  krebcyclus  speelt  hier  een  belangrijke  rol  bij  en  zuurstof  is  noodzakelijk voor dit proces. Het speelt zich af in de mitochondriën.   1. De  pyruvaat  wordt  snel  afgebroken  door  een  drietal  enzymen,  samen  de  pyruvaat  dehydrogenase complex. De producten hiervan zijn: CO2, NADH en acetyl‐CoA.   2. Ook vetzuren worden op soortgelijke wijze afgebroken tot Acetyl‐CoA, samen met NADH  en FADH2 productie.   3. De meeste energie die ontrokken wordt uit bovenstaande processen blijven opgeslagen  in de Acetyl‐CoA verbinding en wordt pas afgebroken in de citroenzuur (Kreb) cyclus.    

COLLEGE 8  Rode  bloedcellen  en  hersencellen  zijn  afhankelijk  van  glucose  voor  hun  energie.  Indien  het  leverglycogeen opraakt moet glucose ook geproduceerd kunnen worden. Het zou te verwachten zijn  dat simpele omkering van de glycolyse hierin een oplossing biedt, dit is echter niet correct omdat er  in de glycolyse 3 onomkeerbare reacties zijn (stap 1, 3 10). Vet kan niet worden omgezet in glucose.  Ook worden  overgebleven aminozuren  uit de voeding nooit als eiwitten opgeslagen die vervolgens  gebruikt  kunnen  worden  voor  glucose  productie.  Deze  aminozuren  worden  opgeslagen  als  vet  en  glycogeen of directe ATP  productie. Hersenen kunnen Ketonlichamen gebruiken om glucose van te  produceren,  rode  bloedcellen  kunnen  dit  door  gebrek  aan  mitochondriën  echter  niet.  Een  proces,  gluconeogenese,  biedt  uitkomst  voor  dit  probleem.  De  grondstoffen  voor  gluconeogenese  bestaan  uit  de  eiwitten  van  spierweefsels.  Deze  eiwitten  worden  geconverteerd  in  alanine  en  glutamine  welke  vervolgens  in  het  bloed  vrijomen.  Alanine  wordt  door  de  lever  opgenomen  voor  gluconeogenese  en  glutamine  wordt  gebruikt  als  brandstof  voor  de  dunne  darm  en  door  de  nier  gebruikt voor gluconeogenese.   Gluconeogenese is het proces waarbij Glycerol, aminozuren en lactaat omgezet worden tot glucose.  Het vind voornamelijk plaats in het cel cytosol en een klein gedeelte in de mitochondria.  Sommige  stappen  van  de  glycolyse  worden  tijdens  de  gluconeogenese  simpelweg  omgedraaid.  De  3  onomkeerbare stappen moeten worden omzeild tijdens de gluconeogenese. (bekijk figuur 5.19 LIM)  Zoals  uit  bovenstaande  blijkt  zijn  alleen  de  nier  en  de  lever  in  staat  tot  gluconeogenese,  omdat  slechts deze organen de 4 juiste terugweg enzymen bevatten!!!  a. Omdat de uit pyruvaat gevormd oxaalacetaat niet door de mitochondria membranen kunnen  moet het worden omgezet in malaat.  Biotine is hier een belangrijke cofactor voor.   b. Decarboxylatie van oxaalacetaat gebeurd met behulp van PEP‐ carboxykinase.   c. Hydrolyse van fructose 1,6‐bifosfaat omzeild de onomkeerbare PFK reactie van de glycolyse.  Fructose 1,6‐bifosfatase.   d. Hydrolyse  van  glucose‐6‐fosfaat  omzeild  de  onomkeerbare  hexokinase  reactie  van  de  glycolyse.  (deze  actie  is  uniek  voor  de  lever  omdat  deze  als  enige  het  enzym  glycose‐6‐ fosfatase bevat.   e. Proprionaat wordt bij herkauwers als enzym voor gluconeogenese gebruikt!   De regulatie van gluconeogenese vind plaats door twee vormen van controle.   1. Hormonale  controle:  De  hoge  levels  tijdens  vasten  van  glucagon,  cortisol  en  adrenocorticotrophic  hormone  (ACTH)  zorgen  voor  activering  van  gluconeogenese  en  remming van glycolyse.  2. Allosterische controle:  Tijdens het vasten zijn er hoge levels van acetyl CoA, welke pyruvaat  carbozylase  activeren.  Dit  stimuleert  weer  de  gluconeogenese,  en  remt  de  activiteit  van  pyruvaat  dehydrogenase.  Hierdoor  zal  de  pyruvaat  eerder  de  gluconeogenese  dan  verdere  krebcyclus.  Ook  een  verhoogde  concentratie  van  alanine  en  glutamine  zorgen  voor  een  verhoogde  activiteit  in  de  gluconeogenese.  Hoge  concentratie  cortisol  zorgt  voor  losmaken  van spiereiwitten.   De afbraak (katabolisme) van glucose levert minder energie op (2 ATP) dan de aanmaak (anabolisme)  door gluconeogenese kost (6 ATP). Het klinkt dus onlogisch dat gluconeogenese een zinvolle reactie  is.  Eveneens is er een probleem dat er voor de gluconeogenese kennelijk energie nodig is, maar deze  kan niet uit de glycolyse komen (er is een glucose tekort en glycolyse is erg geremd). Dus omdat het  energetisch niet handig is en door remmingen niet mogelijk wordt de energie voor gluconeogenese  niet uit glucose gehaald maar uit glycogeen en vet (welke dan eerst naar glycogeen wordt omgezet).  In  planten  is  dit  zetmeel.  Vet  heeft  een  veel  grotere  opslagcapaciteit  dan  glycogeen  in  de  lever  en  fungeert  dus  als  voornaamste  energiebron  voor  gluconeogenese.  Glycogeen  is  een  snel  mobiliseerbare vorm van glucose, een vertakt polymeer van glucose eenheden. Het wordt in de vorm  van ganulae in het cytoplasmatische deel van de cel opgeslagen. De glucose eenheden zijn in een 1‐4  of 1‐6 verbinding gebonden.  

  Er  zijn  voordelen  aan  deze  manier  van  bindingen.  Ten  eerste  zijn  er  meerdere  uiteinden  dus  meerdere plaatsen waarbij de enzymen kunnen beginnen met de afbraak. De afbraak kan dus sneller  gaan. Tevens is deze vorm van binding beter oplosbaar.     Glycogeen  wordt  in  3  stappen  gesynthetiseerd  en  vind  plaats  in  het  cytosol.  Het  proces  heeft  een  aantal benodigdheden, 3 enzymen, glucose donor (UDP), een primer voor initiatie, energie.   1. Vorming van UDP glucose uit glucose‐1‐fosfaat en UTP (UDP‐glucose fosforylase).   2. Verlenging  van  de  keten  door  UDP‐glucose.  Hierbij  verplaatst  glycogeen  synthase  de  glucosylgroep  naar  de  C4  positie.  Dit  kan  alleen  gebeuren  bij  een  bestaand  glycogeen  molecuul  van  ten  minste  4  glucosen,  synthese  kan  dus  niet  geinitieerd  worden,  hiervoor  is  een primer nodig (glycogeen fragment of glycogenine).   3. Introduceren  van  vetrakkingen  vindt  plaats  door  een  enzym  amylo(1,4‐ >1,6)transglycosylase.  Dit  proces  kan  beginnen  bij  een  glycogeenlengte  van  11  glucosen,  waarbij meestal 7 glucosen verplaatst worden van het C4 uiteinde naar het C6 uiteinde. Het  punt  van  een  nieuwe  vartakking  moet  ten  minste  4  glucosen  weg  zijn  van  een  oudere  vertakking.     De afbraak van glycogeen is iets simpeler, en vind dan ook in twee stappen plaatsn in het cytosol.   1. Verkorting  van  de  glycogeen  keten.  Dit  vind  plaats  met  behulp  van  glycogen‐fosforylase  welke  ook  nog  PLP  nodig  heeft  als  cofactor.    De  1‐4  verbindingen  worden  in  volgorde  afgesplitst  in  de  vorm  van  glucose‐1‐fosfaat.  De  geproduceerde  glucose‐1‐fosfaat  kan  omgezet  worden  naar  glucose‐6‐fosfaat  met  behulp  van  fosfoglucomutase  voor  verder  gebruik in de glycolyse of gluconeogenese. Dit proces stopt wanneer een vertakking bereikt  is.   2. Het verwijderen van de vertakkingen vereist twee enzymen. Allereerst zet een transferase de  vertakking  van  3  glucose  moleculen  aan  een  andere  vertakking,  waarna  vervolgens  door  middel van hydrolyse amino alpha 1,6 glucosidase de overige 4 glucose moleculen vrijmaakt.  Samen  maken  deze  enzymen  de  vertakkingen  ongedaan  waarna  glycogen  fosforylase  de  lineaire ontstane structuur verder kan afbreken tot er weer een vertakking tegenkomt. Dan  begint  het  hele  riedeltje  opnieuw.  Een  klein  deel  van  de  glycogeen  afbraak  vindt  plaats  in  lisosomen met behulp van alpha‐1,4‐glucosidase (maltase).     Glycogeen opslag behoeft de voorkeur ten opzichte van glucose opslag door de oplosbaarheid en de  snelle bereikbaarheid van glycogeen.   Glycogeen is eveneens belangrijk voor de homeostase.    

Wanneer je glycogeen afbreekt en pyruvaat maakt win je hiermee 3 ATP, want de eerste stap van de  glycolyse  welke  1  ATP  kost  is  al  gedaan  (glucose  naar  G‐6‐P).    Het  lijkt  dus  gunstiger  dan  simpele  glucose  afbraak  welke  netto  2  ATP  oplevert.    Dit  is  echter  niet  waar  want  de  incorporatie  van  1  glucose  kost  2  ATP  (in  het  schema  UTP,  welke  gelijk  is  aan  ATP).  Je  moet  dus  2  ATP  investeren  en  krijgt er 3 terug, de netto winst is dus 1 ATP. Bij normale glycolyse is dit 2 ATP dus deze is efficiënter  dan glycogeen opslag. Toch gebeurt dit wanneer er teveel glucose is omdat anders de energie in z’n  geheel als warmte vrijkomt en je er dus niks aan verdiend.     COLLEGE 9  Naast  ATP  is  er  ook  een  andere  vorm  van  energie  nodig  die  door  cellen  wordt  aangemaakt:  reducerend  vermogen  (het  vermogen  an  moleculen  tot  reductie  reactie).  Deze  vorm  van  energie  is  nodig  voor  synthetische  doeleinden.  Omdat  een  deel  van  dele  vrijkomende  elektronen  direct  op  zuurstof worden overgedragen om ATP te maken is dit proces niet handig. Deze elektronen worden  in dit geval in plaats van op NAD+ op NADP+ overgedragen. Door de extra fosfaatgroep heeft NADPH  een  verschillende  conformatie  dan  NADH  en  daarom  kunnen  ze  alleen  als  verschillende  substraten  aan  enzymen  binden.  Hierdoor  kan  NADPH  uitsluiten  mee  werken  aan  anabolische  reactie  voor  biosynthese  en  NADH  juist  aan  catabolische  reacties  voor  het  maken  van  ATP  in  de  ademhalingsekten. De vrije elektronen die bij NADPH worden gebruikt zijn dus ook niet afkomstig uit  de ademhalingsketen (O2).  

  Eén  manier van NADPH vormen komen we tegen in college 13, de rest wordt echt in het pentose‐ fosfaat‐pad gevormd, of te wel PPP.  Hier wordt ook glucose in het cytosol afgebroken maar op een  andere manier dan in de glycolyse. De glucose gaat dus of de glycolyse of het PPP in.     PPP:    er  wordt  dus  geen  directe  ATP  gevormd  maar  wel  reducerend  vermogen  in  de  vorm  van  NADPH.  Het  vindt  plaats  in  voornamelijk  de  lever,  melkklieren,  vetweefsel,  adrenal  coretx  en  rode  bloedcellen. Het vind plaats in het cel cytosol. De voornaamste fucnties van het PPP zijn:  1. Generatie  van  NADPH  (nodig  voor  reductive  biosynthese  reacties,  vetzurene  n  cholesterol)  2. Productie  van  ribose‐5‐fosfaat  voor  de  biosynthese  van  nucleotiden,  nucleïnezuren,  purinen en pyrimidinen. (DNA en RNA)  3. In  rode  bloedvellen  wordt  NADPH  gereduceerd  om  het  antioxidante  gereduceerde  Glutathion  te  vormen  welke  een  belangrijke  rol  speelt  bij  de  bescherming  van  cellen  tegen reactieve zuurstof intermediairen.   Het PPP bestaat uit twee stadia:  1. Een  irreversibele  oxidatieve  fase:  hierin  vinden  3  irreversibele  reacties  plaats  waarbij  ribulose‐5‐fosfaat,  CO2,    2NADPH’s  en  2H+  gevormd  worden  per  glucose‐6‐fosfaat  molecuul en twee NADP+.  

  2. Een reversibele niet oxidatieve fase: deze bestaat uit 5 reacties waarbij ribulose‐5‐fosfaat  wordt  omgezet  naar  ribose‐5‐fosfaat  voor  nucleotide  synthese  of  naar  intermediairen  van  de  glycolyse  voor  alsnog  deelname  hieraan  (glyceraldehyde‐3‐fosfaat/fructose‐6‐ fosfaat)  

  NADHP  is  nodig  voor  de  biosynthese  van  bijvoorbeeld  vetzuren,  de  pentosen  die  gevormd  worden  (Ribose‐5‐fosfaat) zijn nodig voor de vorming van DNA, RNA, ATP en bepaalde coënzymen.  Door de  totaal verschillende functies van pentosen en NADPH zijn de behoeften hieraan in de regel ongelijk.  De afstemming tussen het vormen van deze stoffen door het PPP is dan ook gereguleerd.  De meeste  controle vindt volgens verwachting plaats in de irreversibele stap, de oxidatieve fase. Hierbij wordt 

NADPH gevormd die gebruikt wordt voor onder andere vetzuursynthese. Als de hoeveelheid NADPH  opgebruikt  wordt  door  de  synthese  stijgt  het  aandeel  NADP+  in  de  cel.  Dit  is  een  beginproduct  en  benodigd  voor  het  PPP  waardoor  de  PPP  door  hoge  concentraties  NADP+  wordt  geactiveerd  om  meer  NADPH  te  gaan  vormen  (activatie  PPP  lage  NADPH:  NADP+  ratio).  Controle  in  de  niet‐ oxidatieve fase vind voornamelijk plaats door het nodig zijn van de eindproducten waaronder ribose‐ 5‐fosfaat en NADPH. Bedenk hierbij dat NADPH in fase 1 wordt gevormd en ribose‐5‐fosfaat in fase  2  dus  bij  behoefte  aan  beiden  beide  fasen  worden  doorlopen.  Indien  de  behoefte  aan  NADPH  groter is zal de ribulose‐5‐fosfaat omgezet worden in fructose‐6‐fosfaat of glyceraldehyde‐3‐fosfaat.  Deze  zal  via  een  reversibele  stap  in  de  glycolyse  terug  gezet  wroden  naar  glucose‐6‐fosfaat  welke  weer opnieuw het PPP in kan. Op deze manier wordt ook opnieuw NADPH gevormd.   Bij een grotere behoefte aan ribose‐5‐fosfaat zal juist het omgekeerde gebeuren waarbij fructose‐6‐ fosfaat of glyceraldehyde‐3‐fosfaat omgezet zullen worden via de reversibele stap in ribose‐5‐fosfaat.  (bekijk je metabole kaart of zelfstudie voor plaatje hiervan).      Glucose kan tot een aantal functies dienen: glycolyse, opslag in de vorm van glycogeen en vet & het  PPP in.   De glycolyse heeft een tweeledige functie: productie van ATP en bouwstenen voor de synthese van  andere  stoffen.  Om  te  voldoen  aan  deze  functies  wrodt  ook  de  glycolyse  gereguleerd  door  middel  van  de  snelheid  van  afbraak  van  glucose.  De  regulering  vindt  voornamelijk  plaats  op  de  3  irreversibele stappen van de glycolyse te weten stap 1, 3 en 10.   Stap 1: Hexokinase: deze stap wordt gecontroleerd door product inhibitie, dat wil zeggen als er veel   G‐6‐P aanwezig is wordt de functie van Hexokinase geremd. Door de hoge affiniteit voor glucose blijft  de activiteit wel actief, ook bij lage niveaus van glucose. In de lever en alvleesklier is een ander enzym  dan hexokinase aan het werk, te weten: glucokinase. Deze heeft een lagere affiniteit voor glucose en  daardoor beter aangepast om met hoge concentraties van glucose om te gaan. Dit enzym speelt een  belangrijke rol in voorkomen van hyperglycaemia, abnormaal hoge levels van glucose. De glucose die  binnenkomt  gaat  dus  ook  eerst  via  de  lever  waarbij  de  te  grote  hoeveelheden  worden  afgebroken  door glucokinase alvorens de rest van het lichaam te betreden waar hexokinase aan het werk is.   Stap 3: controle op deze stap vindt plaats op 3 manieren. Slechts één hiervan hoeven we te kennen  en  is  regulatie  door  middel  van  PFK‐1  (fosfofructokinase).  Deze  stap  is  het  belanrgijkste  bij  de  regulatie van de glycolyse omdat het de rate‐limiting stap katalyseert. Hiermee wordt bedoeld dat dit  enzym  werkt  op  de  langzaamste  stap  van  de  glycolyse  waar  tevens  energie  voor  nodig  is.  Daarom  vindt  hier  makkelijk  controle  plaats.  De  regulatie  vindt  plaats  door  hoge  ATP  niveaus,  H+  en  citraat/vetzuur    welke  de  functie  van  PFK‐1  inhiberen.  Tevens  verlagen  hoge  ATP  niveaus  de  affiniteit voor het substraat ( F‐6‐P) .  Citraat, geproduceerd door de citroenzuurcyclus, versterkt het  inhibitievermogen van ATP.  Hoge niveaus van citraat indiceren namelijk hoge niveaus van producten  van  de  glycolyse  (pyruvaat,  acetyl‐CoA,  oxaalacetaat)  en  verdere  afbraak  van  glucose  is  niet  nodig.  Stimulatie vind plaats foor lage energie levels, veel ADP.   Denk hierbij terug aan dat de remming van hexokinase plaatsvindt door hoge niveaus van G‐6‐P.   G‐6‐p is in evenwicht met F‐6‐P welke weer het substraat is voor PFK‐!. Remming van hexokinase  geeft dus lagere niveaus van G‐6‐P en daarmee F‐6‐P, remming van hexokinase is dus remming van  PFK‐1. Andersom ook, remming PFK‐1 = remming HK.   Stap 10: de laatste stap van de glycolyse wordt gereguleerd door pyruvaat kinase en gecontroleerd  door zowel hormonale als allosterische regulatie. Op dit moment is alleen de allosterische regulatie  van belang.  Pyruvaat kinase kan zowel geactiveerd als geremd worden.   1.  remming:  hoge  niveaus  van  ATP  die  gevormd  worden  tijdens  stap  10  en  hoge  niveaus  van alanine en acetyl‐CoA remmen de werking van het enzym.   2. Activatie vindt plaats door middel van hoge niveaus aan F‐1,6‐bis‐P. Dit is feed‐forward  omdat  hiermee  de  snelheid  door  voorproducten  wordt  verhoogd  en  niet  achteraf  pas  aangepast.   Er  zijn  afwijkingen  gevonden  die  gerelateerd  zijn  aan  deficiëntie  van  pyruvaat  kinase.  Het  gaat  om  een  deficiëntie  (slechts  5‐20%  van  het  normale  niveau)  in  de  rode  bloedcellen.  Omdat  deze  geen 

mitochondria hebben zijn ze voor energie productie afhankelijk van de glycolyse. Door een remming  van  de  werking  van  pyruvaat  kinase  is  de  energie  productie  in  de  cellen  niet  voldoende.  Doro  te  weinig energie voor onderhoud van bijvoorbeeld het celmembraan krijgen de rode bloedcellen een  andere vorm. Deze cellen zijn gevoelig voor phagocytose door het eigen lichaam, afbraak van rode  bloedcellen  vindt  dus  plaats.  Tevens  is  er  een  opeenhoping  van  tussenproducten  van  de  glycolyse  voor stap 10 (in het bijzonder 2,3 BPG). Deze opeenhoping zorgt wel voor een verminderde affiniteit  van  hemaglobine  voor  zuurstof,  waardoor  deze  sneller  aan  het  weefsel  wordt  afgegeven.  Zuurstoftekort wordt hierdoor wel verminderd.  

    De verhoudingen tussen gluconeogenese en glycolyse worden gereguleerd. Deze regulatie vindt niet  plaats  door  thermodynamische  wetten  want  deze  hebben  beiden  een  negatieve  delta  G  onder  cellulaire omstandigheden. Hierdoor zouden ze beiden cyclisch kunnen plaats vinden. De regulering  vindt dus plaats via de werking van enzymen. De snelheid van de glycolyse wordt bepaald door de  hoeveelheid  glucose  terwijl  de  snelheid  van  de  gluconeogenese  juist  gereguleerd  wordt  door  de  hoeveelheden glucogene precursors.  

De  interconventie  van  F6P  en  FBP  wordt  sterk  gereguleerd.  Deze  stap  is  reversibel  en  daarom  een  belangrijk  kruispunt  tussen  de  gluconeogenese  en  glycolyse.  Hoge  levels  van  AMP  (lage  energie)  stimuleren de glycolyse en remmen de gluconeogenese. Andersom geld dit voor ATP en citraat wat  een hoge energie voorraad indiceert.   Dezelfde  regulering  vindt  plaats  in  stap  10  van  de  glycolyse  tussen    PEP  (fosfoenolpyruvaat)  en  pyruvaat. ATP en alanine remmen pyruvaatkinase. Hoge levels van acetyl‐ CoA stimuleren het enzym  pyruvaat  corboxylase  (eerste  enzym/stap  gluconeogenese)  en  hoge  levels  van  ADP  (laag  energie  niveau)  remt  dit  enzym  juist.  Fosfoenolpyruvaat  carboxykinase  (zet  oxaalacetaat  om  naar  PEP)  wordt tot slot geremd door ADP.     De reden  waarom PFK de regulering voornamelijk  bepaald en niet HK is omdat als HK  de glycolyse  snelheid zou bepalen en het zou stoppen‐ remmen‐ dan zouden ook glyconenese (glycogeen) en het  PPP  niet  meer  kunnen  plaats  vinden  en  die  kunnen  dat  wel  wannneer  PFK  glycolyse  bepaald.  HK  reageert alleen wannneer G‐6‐P ophoopt, maar de gehele regulering ligt aan PFK (dit is dan ook de  rate limiting step)    De  gluconeogenese  in  het  kort  wordt  dus  bevorderd  door  hoge  energielevels  (veel  ATP)  en  veel  biosynthetische precursors, glycolyse wordt gestimuleerd door lage ATP levels.     COLLEGE 10  In  afwezigheid  van  zuurstof  (anaeroob)  produceren  cellen  lactaat  of  ethanol  in  gist.  In  de  aanwezigheid van zuurstof gebruiken de cellen zuurstof en produceren ze Co2 en water, dit gebeurt  in de citroenzuurcyclus (krebcyclus/TCA).  Deze cyclus is verantwoordelijk voor ongeveer 2/3 van de  oxidatie van koolstofdelen en de voornaamste eindproducten zijn Co2 en hoog‐energie elektronen in  de  vorm  van  NADH.  Het  vindt  plaats  in  de  mitochondria.  De  NADH  wordt  vervolgens  door  een  transportketen  gehaald  waar  het  aan  O2  bindt  en  H2O  vormt.  De  citroenzuurcyclus  zelf  verbruikt  geen  O2  maar  heeft  het  wel  nodig  omdat  er  geen  andere  manier  om  efficiënt  de  gevormde  NADH  terug te generen naar NAD+ en van zijn elektronen af te komen. NAD+ is nodig om de cyclus te laten  verlopen. De citroenzuurcyclus is in z’n geheel verantwoordelijk voor de oxidatie van koolstofatomen  aan  acetyl‐CoA  tot  CO2.  Acetyl  CoA  wordt  echter  niet  direct  geoxideerd  maar  eerst  aan  een  4‐ koolstof molecuul (oxaalacetaat) gebonden om citroenzuur (citraat) te vormen. (stap 1)   

  De  citroenzuurcyclus  bestaat  uiteindelijk  uit  8  reacties  waarbij  citraat  geleidelijk  geoxideerd  wordt   en de energie hieruit afkomstig gevangen wordt in carrier moleculen (NADH,  FADH2 en GTP).  GTP  lijkt heel erg op ATP en de fosfaatgroep wordt dan ook aan ADP gebonden: GTP + ADP ‐> GDP + ATP.   FADH2 en NADH zullen verder gebruikt worden in het proces oxidatieve fosforylering om ten slotte  eveneens  ATP  te  produceren,  wat  de  enige  stap  is  in  het  katabolisme  dat  directe  zuurstof  vereist. 

(let  hierbij  op  dat  in  bovenstaand  figuur  duidelijk  is  dat  bijvoorbeeld  de  vorming  van  citraat  geen  directe  zuurstof  maar  water  vereist).  Dit  brengt  tevens  een  ander  misverstand  aan  het  licht  wat  betreft cellulaire respiratie. Er is O2 nodig en er wordt Co2 geproduceerd. De O2 wordt echter niet  direct in CO2 gecorporeerd, maar in water.   Naast pyruvaat kunnen ook sommige aminozuren het mitochondrium ingaan als intermediairen van  de  citroenzuurcyclus,  dus  het  mitochondrion  is  het  centrum  waarnaar  alle  energieproducerende  processen in de cel gericht zijn, ongeacht of deze stoffen beginnen als vet, suiker of eiwit.   De citroenzuurcyclus is tevens een belangrijk beginpunt voor de biosynthetische reacties die in het  cytosol plaatsvinden. (voorbeelden: oxaalacetaat en alpha‐ketogluteraat).     Nu verder eerst maar even de citroenzuurcyclus als naslagwerk bij de verdere tekst:   

 

    Ondans dat er geen fosfaatgroep gebonden is in één van de tussenreacties wordt GTP toch uit GDP  gevormd. Dit wordt gedaan met een vrije fosfaatgroep in oplossing.  

  Reaction  2:  Acontinase  The  next  reaction  of  the  citric  acid  cycle  is  catalyzed  by  the  enzyme  acontinase. In this reaction, a water molecule is removed from the citric acid and then put back on in  another location. The overall effect of this conversion is that the –OH group is moved from the 3' to  the 4' position on the molecule. This transformation yields the molecule isocitrate.     

Figure 2.3: Reaction 2.  

 

Reaction 3: Isocitrate Dehydrogenase Two events occur in reaction 3 of the citric acid cycle. In the  first reaction, we see our first generation of NADH from NAD. The enzyme isocitrate dehydrogenase  catalyzes  the  oxidation  of  the  –OH  group  at  the  4'  position  of  isocitrate  to  yield  an  intermediate  which then has a carbon dioxide molecule removed from it to yield alpha‐ketoglutarate.     

Figure 2.4: Reaction 3.  

 

Reaction  4:  Alpha‐ketoglutarate  deydrogenase  In  reaction  4  of  the  citric  acid  cycle,  alpha‐ ketoglutarate  loses  a  carbon  dioxide  molecule  and  coenzyme  A  is  added  in  its  place.  The  decarboxylation occurs with the help of NAD, which is converted to NADH. The enzyme that catalyzes  this reaction is alpha‐ketoglutarate dehydrogenase. The mechanism of this conversion is very similar  to  what  occurs  in  the  first  few  steps  of  pyruvate  metabolism.  The  resulting  molecule  is  called  succinyl‐CoA.     

 

Figure 2.5: Reaction 4.  

Reaction 5: Succinyl‐CoA Synthetase The enzyme succinyl‐CoA synthetase catalyzes the fifth reaction  of the citric acid cycle. In this step a molecule of guanosine triphosphate (GTP) is synthesized. GTP is  a molecule that is very similar in its structure and energetic properties to ATP and can be used in cells  in much the same way. GTP synthesis occurs with the addition of a free phosphate group to a GDP  molecule (similar to ATP  synthesis from ADP). In this reaction,  a free phosphate group first attacks  the succinyl‐CoA molecule releasing the CoA. After the phosphate is attached to the molecule, it is  transferred to the GDP to form GTP. The resulting product is the molecule succinate.     

 

Figure 2.6: Reaction 5.  

The enzyme succinate dehydrogenase catalyzes the removal of two hydrogens from succinate in the  sixth reaction of the citric acid cycle. In the reaction, a molecule of FAD, a coenzyme similar to NAD,  is  reduced  to  FADH2  as  it  takes  the  hydrogens  from  succinate.  The  product  of  this  reaction  is  fumarate.     

Figure 2.7: Reaction 6.  

 

FAD, like NAD, is the oxidized form while FADH2 is the reduced form. Although FAD and NAD perform  the  same  oxidative  and  reductive  roles  in  reactions,  FAD  and  NAD  work  on  different  classes  of  molecules. FAD oxidizes carbon‐carbon double and  triple bonds while NAD oxidizes  mostly carbon‐ oxygen bonds.   Reaction 6: Succinate Dehydrogenase  The enzyme  succinate dehydrogenase  catalyzes the removal  of  two  hydrogens  from  succinate  in  the  sixth  reaction  of  the  citric  acid  cycle.  In  the  reaction,  a  molecule  of  FAD,  a  coenzyme  similar  to  NAD,  is  reduced  to  FADH2  as  it  takes  the  hydrogens  from  succinate. The product of this reaction is fumarate.  

Reaction  7:  Fumarase  In  this  reaction,  the  enzyme  fumarase  catalyzes  the  addition  of  a  water  molecule to the fumarate in the form of an –OH group to yield the molecule L‐ malate.     

Figure 2.8: Reaction 7.  

 

Reaction  8:  Malate  Dehydrogenase  In  the  final  reaction  of  the  citric  acid  cycle,  we  regenerate  oxaloacetate by oxidizing L–malate with a molecule of NAD to produce NADH.     

Figure 2.9: Reaction 8.  

 

Conclusion  We  have  now  concluded  our  discussion  of  the  reactions  that  compose  the  citric  acid  cycle.  It  is  helpful  at  this  point  to  take  a  minute  to  take  stock  of  what  the  citric  acid  cycle  has  generated from one acetyl‐CoA molecule.   The acetyl‐CoA, has been oxidized to two molecules of carbon dioxide.   Three molecules of NAD were reduced to NADH.   One molecule of FAD was reduced to FADH2.   One molecule of GTP (the equivalent of ATP) was produced.   Keep  in  mind  that  a  reduction  is  really  a  gain  of  electrons.  In  other  words,  NADH  and  FADH2  molecules  act  as  electron  carriers  and  are  used  to  generate  ATP  in  the  next  stage  of  glucose  metabolism, oxidative phosphorylation. In the next SparkNote on Oxidative Phosphorylation and the  electron  transport  chain,  we  will  learn  what  processes  take  place  to  ultimately  derive  the  the  majority of the ATP we need to fuel our daily activity.      De C‐atomen die gebruikt zijn voor de vorming van CO2 zijn afkomstig van acetylCoA welke weer in  de cyclus afkomstig is van vetzuren en pyruvaat. Aconitase (stap 2) verplaatst het OH molecull altijd  naar het deel van citraat welke afkomstig is van oxaalacetaat.     De somreactie voor de oxidatie van pyruvaat is:   Pyruvate + CoA + NAD+  → CO2 + Acetyl‐CoA + NADH + H+ (voor het PDH‐complex)   Acetyl‐CoA + 3 NAD+ + FAD + GDP + Pi + 2H20  <==> CoASH + 3 NADH + FADH2 + GTP + 2CO2 + 3H+  (citroenzuurcyclus)   

Netto: Pyruvate + CoA + 2 NAD+ + FAD + GDP + Pi + 2H20  → 2 CO2 + 4 NADH + 4 H+ CoASH +  FADH2 +  GTP + 2CO2     Als je dan zoals in de zelfstudie gevraagd wordt helemaal terug te gaan naar het beginpunt glucose is  dit de volledige netto reactie van de glycolyse + citroenzuurcyclus:    Glycolyse: C6H12O6 (glucose) + 2 NAD+ + 2 ADP + 2 P ‐> 2 pyruvaat + 2 ATP + 2 NADH + 2 H+  Netto: glucose + 2 NAD+ + 2 ADP + 2 P + 2 CoA + 4 NAD+ + 2 FAD + 2 GDP + 2 Pi + 4 H20  ‐> + 2 ATP + 2  NADH + 2 H+ + 4 CO2 + 8 NADH + 8 H+ 2 CoASH + 2 FADH2 + 2 GTP    Let hierbij op dat de glycolyse 2 pyruvaat oplevert en per cyclus in de TCA 1 gebruikt wordt!!! De  cylcus wordt dus tweemaal doorlopen uit 1 glucose molecuul!!!    print  pagina  14  en  15  van  college  10  uit,  deze  plaatjes  zijn  niet  op  internet  te  vinden  en  zeer  handige ezelsbruggen!  Ander ezelsbruggetje: A certificate in Kamasutra should further my orgasm!    De  verdere  productie  van  ATP  vindt  plaats  in  de  elektronentransportketen.  De  details  volgen  in  volgend college, hier alvast een klein voorproefje. In de keten worden NADH en FADH2 gereduceerd  terwijl  ze  andere  moleculen  oxideren  (redox)  waarbij  de  elektronen  worden  overgedragen.  De  elektronentrasnportketen is gelokaliseerd in het binnenmembraan van het mitochondrion.  

  De  elektronen  gaan  opeenvolgend  langs  de  keten  waarbij  ze  geleidelijk  vervallen  tot  een  minder  hoge  energie  status.  De  energie  die  ze  hierbij  kwijtraken  wordt  gebruitk  om  H+  ionen  langs  de  celmebraan naar buiten te drijven (van het binnencompartiment naar het buiten compartiment maar  blijft in het mitochondrion). Een gradient van H+ wordt daarbij gegenereerd wat op zijn beurt weer  als  energiebron  gebruikt  kan  worden  om  voornamelijk  ATP  te  vormen.  Aan  het  eind  van  deze  overdrachten worden de  elektronen aan O2 gebonden welke in het mitochondrion gediffuseerd is.  Het  door  de  elektronen  gereduceerd  zuurstof  bindt  direct  aan  H+  waardoor  het  water  vormt.  De  elektronen  hebben  op  dit  punt  hun  energiestatus  verloren  en  alle  energie  is  gebruikt  in  het  mitochondrion. Dit heet oxidatieve fosforylatie!!! De meeste energie van glucose komt uit dit proces  (30 ATP) terwijl de glycolyse en krebcyclus alleen 2 ATP opleveren. Bovendien leveren de glycolyse en  kreb’s meer reducerend vermogen op in de vorm van NADH en FADH2 dan direct ATP.      

    De zuurstof nodig voor deze reactie komt dus terecht in H2O en niet Co2.      Omdat het ATP niveau van de cel continu op peil gehouden wordt zijn er mogelijkheden tot opslag  van energie. Dit kan in zowel vetzuren als glycogeen. Glycogeen kan worden afgebroken tot G‐1‐P en  verder gebruikt in de glycolyse. Veel belangrijker en omvangrijker is de opslag van energie in de vorm  van vet. Dit is omdat de oxidatie van een gram vet ongeveer twee keer zowel energie oplevert dan  die van glycogeen én omdat bij de opslag van glycogeen ontzettend veel water gebonden wordt (6x  zoveel) dan bij vet en de netto opslagmassa voor vet dus veel kleiner en efficiënter is. Om deze reden  hebben mensen ook gemiddeld een glycogeenvoorraad voor een dag en een vetvoorraad voor een  maand.   Het  meeste  vet  wordt  opgeslagenin  vetweefsel  (adipose  tissue)  van  waaruit  het  vrijkomt  in  de  bloedsomloop voor cellen. (op de planten zal ik verder niet ingaan, lijkt me irrelevant maar voor wie  wil p. 446 alberts).    

 

Naast  productie  van  ATP  heeft  katabolisme  natuurlijk  ook  de  functie  tot  het  genereren  van  bouwstoffen benodigd voor synthese.   Wanneer intermediairen van de krebcyclus gebruikt worden voor synthese zullen deze wel aangevuld  moeten worden om de cyclus blijvend te laten lopen. Een voorbeeld hiervan is pyruvaat carboxylase  welke pyruvaat direct omzet in oxaalacetaat indien deze voor synthese gebruikt wordt.     Tot slot nog even de regulatie van metabolisme, wat natuurlijk zeer nauwkeurig gebeurd:  Veel  producten  van  een  van  de  processen  zijn  eveneens  intermediairen  of  beginproducten  van  andere  processen.  Er  is  dus  voortdurende  competitie  voor  een  stof.  Toch  gaat  dit  via  een  geïntrigeerd netwerk zere gerugeeld. Het complete overzicht is veel te ingewikkeld. Belangrijk is door  alle samenwerking dat de cel buitengewoon stabiel is!    COLLEGE 11  Tijdens de glycolyse en krebcyclus vinden oxidaties van moleculen glucose plaats waarbij in totaal 10  NADH en 2 FADH2 wordt geproduceerd. Deze stoffen moeten gereoxideerd worden om weer Nad+  en  FAD+  te  kunnen  vormen  welke  nodig  zijn  voor  het  behoudt  van  metabolisme.  De  uiteindelijke  oxidatie zorgt voor maar liefst voor 26 ATP van de totale gevormde 30 ATP, een groot deel dus.     Oxidatieve fosforylering (OF) is het proces waarin dit gebeurt, mitochondria.   Tijdens OF wordt er een protongradiënt avn H+ gecreeërd welke enrgie oplevert voor productie van  ATP. De H+ glijdt het membraan binnen via ATPsynthase een uniek eiwit dat door transport van H+  energie haalt om ATP van te maken.     Dit  proces,  waarbij  een  gradiënt  voor  energei  gebruikt  wordt  heet  chemiosmotisch  koppelen.  Dit  systeem vindt in zowel cellen als bacteriën plaats (|dan in het plasma mebraan want ze hebben geen  mitochondria).  Het protongradiënt is door bijvoorbeeld Na+ en K+ nooit nul.   OF maakt gebruik van stapsgewijze vormen van transport. Dit omdat anders de meeste energie als  warmte  vrij  zou  komen  (het  wordt  niet  goed  opgeslagen  of  vastgehouden)  en  dus  niet  efficiënt  werkt.     Mitochondria  zijn  hoog  gespecialiseerde  cellen  die  hun  eigen  RNA  en  DNA  bevatten,  ribosomen,  eigen transcriptie/translatie systeem, synthese van eigen eiwitten en veranderen steeds van vorm en  positie. Ook hebben ze de mogelijkheid om ergens vast te zitten op plaatsen waarbij veel plotselinge  ATP  nodig  is  zoals  in  hartspier.  Mitochondria  bestaan  uit  twee  hoog  gespecialiseerde  membranen,  een  buiten  en  een  binnen  mebraan.  Het  buitenmebraan  bevat  onder  andere  het  transport  eiwit  porine welke waterige kanalen door de lipide bilaag vomrt. Hierdoor is de intralecellulaire omgeving  van het mitochondrium hetzelfde als die van het celcytosol. Het binnenmembraan is de locatie voor  protonen transport en bevat het eiwit ATPsynthase. Het bevat een hele reeks aan vouwen, christae,  zodat  de  oppervlaktegrootte  van  de  binnenmebraan  sterk  wordt  vergroot.  Er  is  dus  een  groter  oppervlak6te voor ATP synthese.     Mitochondria gebruiken pyruvaat en vetzuren als energiebron, welke eerst langs het binnenmebraan  gaan om omgezet te worden tot het cruciale acetyl CoA. De acetylgroepen van acetyl‐CoA worden  vervolgens eerst in de krebcyslus geoxideerd. De koolstof atomen in Acetyl CoA worden omgezet in  CO2  welke  als  afvalproduct  wordt  uitgescheiden.  De  NADH  en  FADH2  gaan  de  elektronen  transportketen  in.  De  elektronen  gaan  snel  door  de  keten  heen  om  aan  O2  te  binden  en  water  te  vormen. Hierbij wordt NADH en FADH2 weer NAD+ en FAD+.  

    De  eiwitten  die  in  de  transportketen  gebruikt  worden  zijn  onder  te  verdelen  in  3  grote  groepen  enzymen:   1. NADH dehydrogenase complex. Van NADH wordt een H+ afgesplitst samen met twee hoge  energie elektronen. H+ + 2e –. De nadh dehydrogenase accepteert vervolgens de elektronen.  

 

  2. Cytochrome b‐c1 complex  3. Cytochrome oxidase complex. In deze stap wordt er uiteindelijk zuurstof gebruikt.   Ze  bevatten  allemaal  metaalionen  en  andere  chemische  groepen  die  het  transport  van  elektronen  mogelijk maken.    

 

 

  Elke elektrontransfer is een redoxreactie waarbij één molecuul geoxideerd en de ander gereduceerd  wordt. Elektronen verplaatsen zich hierbij vrij gemakkelijk van moleculen met een lage affiniteit naar  moleculen met een hoge affiniteit. Elke onderdeel van de keten gebruikt de energie vrijgekomen bij  elektronen  transport  om  protonen  uit  water  naar  buiten  (buiten  het  binnenmebraan!!!  Niet  mitochondrion)  te pompen. Het actieve pompen van deze protonen heeft twee consequenties:   1. Het genereert een pH gradiënt waarbij de pH binnen (matrix, pH 7) lager is dan de pH buiten  (tussen membraanruimte, pH 8. ).   2. Het  genereert  een  membraanpotentiaal  met  de  binnenzijde  negatief  (matrix)  en  de  buitenzijde positief (intermembraan ruimte)  Dit gradiënt maakt het voor H+ zeer aantrekkelijk om weer naar binnen de matrix te verhuizen. Het  enzym dat er voor zorgt dat deze terugkeer van H+ naar binnen ATP synthese mogelijk maakt is ATP  synthase.  Dit  enzym  creeërt  een  hydrofiele  route  van  buiten  naar  binnen  het  membraan  voor  H+.  Het functioneert als een soort motortje. Wanneer de H+ door de smalle opening van ATP synthase  gaat  veroorzaakt  dit  beweging  welke  ATP  productie  indiceert  (beweging  =  energie).  De  conformatieverandering die ATP synthase ondergaat door deze bewegingsenergie wordt vervolgens  omgezet in chemische bindingsenergie welke weer gebruikt kan worden om ATP te maken. Dit devies  heeft de  mogelijkheid  tot productie van ongeveer 100 ATP per seconde, waarbij 3H+  per  molecuul  ATP  nodig  is.  De  mogelijkheden  van  ATP  synthase  kunnen  in  principe  omgedraaid  worden,  waarbij  ATP  gebruikt  wordt  om  H+  naar  buiten  te  pompen,  de  gangbare  fucntie  is  echter  bovengenoemd.  Welke van de twee opties ATPsynthase gebruikt hangt af van het proton gradiënt van het mebraan.  Bij  bacteriën  wordt  het  omgedraaid  bij  O2  tekort,  omdat  het  protongradiënt  ook  nodig  is  om  voedingsstoffen naar binnen te halen.  

 

 

  Naast dat het protonengradiënt gebruikt wordt om ATP te produceren speelt het ook een belangrijke  rol bij het importeren van metabolieten door middel van actief transport. Als voorbeelden zijn hier  geladen  elementen  zoals  ADP,  pyruvaat  en  Pi  de  cel  in  en  ATP  de  cel  uit.  Carrier  eiwitten  die  deze  stoffen kunnen binden kunnen dit transport aan het energetisch favoriete transport van H+ de cel in  koppelen,  dit  gaat  dan  om  pyruvaat  en  Pi.  ADP  wordt  aan  het  transport  van  ATP  gekoppeld  om  respectievelijk in en uit de cel te komen. (p. 466 alberts).   De  opbrengst  per  NADH  molecuul  is  ongeveer  2,5  ATP  (behalve  wanneer  tijdens  de  glycolyse  geproduceerd dan is het 1,5 ATP). Die van FADH2 is minder namelijk 1,5 ATP per molecuul. Waarom  dit zo is zal ik straks op terug komen.  

    In  bovenstaand  wordt  uitgegaan  van  3  ATP  per  NADH  en  2  per  FADH2.  De  stap  die  je  tussen  de  glycolyse en citroenzuurcyclus ziet welke 2 NADH oplevert is natuurlijk pyruvaat dehydrogenase!!!    Sommige  van  de  ATP  geproduceerd  wordt  door  het  mitochondrion  zelf  gebruikt  de  rest  wordt  als  ATP  naar  buiten  gepompt  en  als  ADP  weer  naar  binnen.  Dit  gaat  zo  efficiënt  dat  gemiddeld  de  concentratie ATP 10x zo hoog is als die van ADP. Indien het ATP transport niet meer mogelijk is, is er 

geen  energie  meer  voor  het  lichaam  en  ga  je  dood,  cyanide  blokkeert  het  transport  over  het  binnenmembraan van het mitochondrion en is dus dodelijk.     Oxidatieve  fosforylering  kan  niet  zonder  zuurstof  plaatsvinden,  staat  dus  niet  los  van  elkaar.  De  elektronentransportketen  betekent  echter  de  oxidatie  van  NADH  en  FADH2  en  oxidatieve  fosforylering betekent het in navolging hierop produceren van ATP.     Ondanks  dat  protonen  gelijkend  zijn  op  andere  positieve  ionen  zoals  NA+  en  K+  zijn  ze  ook  in  bepaalde  opzichten  uniek.  Ze  zijn  bij  verre  het  meest  voorkomend,  ze  zijn  heel  erg  mobiel  en  belangrijk  aanwezig  in  water  wat  overal  in  de  cel  te  vinden  is  en  dus  als  goed  reservoir  dient.  De  overdracht van elektronen is een redox reactie. Hierbij komen protonen kijken omdat de negatieve  lading door opname van een elektron geneutraliseerd kan worden door een proton. Andersom kan  dit  ook,  bij  afstaan  elektron  kan  ook  H+  afgestaan  worden.  Omdat  water  ideaal  is  als  acceptor  en  donor  en  deze  zowel  in  als  buiten  het  membraan  is,  is  er  slechts  een  heel  simpel  systeem  om  protonen over het celmembraan heen te krijgen.     In chemische reacties is het altijd zo dat als een molecuul geoxideerd wordt (elektron ontvangt) een  ander gereduceerd wordt (een elketron afstaat). Hier komt de term redox reactie vandaan. Of deze  reacties  spontaan  plaatsvinden  gaat  hierbij  ook  om  thermodynamica,  de  hoeveelheid  vrije  energie  evrschil (delta G) is hier van invloed op. Hoe groot die delta G is hangt af van de affiniteit van de twee  moleculen voor elektronen. Net zoals je zuur/base paren hebt heb je ook redoxparen (zoals NADH –  NAD+  +  H+  +  2e‐.  NADH  is  een  sterke  elektrondonor  omdat  de  elektronen  in  een  hoge  energieverbinding  wordt  vastgehouden.  Als  vanzelfsprekend  is  zijn  partner  NAD+  dus  een  zwakke  acceptor  voor  elektronen.  Het  redox  potentiaal  bepaald  hoe  sterk  een  redoxpaar  is  voor  het  vasthouden van elektronen binnen het paar. Een laag potentiaal (kan ook negatief zijn) betekend een  lage affiniteit, hoog is hoog. O2 en H2O hebben bijvoorbeeld een hoog potentiaal, NADH/NAD een  laag  potentiaal.  Om  deze  reden  zullen  elektronen  dus  ook  spontaan  van  NADH  naar  O2  overgaan  (elektronen  transport).  Het  verschil  in  redoxpotentiaal  is  een  directe  maat  voor  de  vrije  energie  verandering bij overdracht van één elektron van het ene molecuul naar een ander.    De formule om dit te berekenen is als volgt: verschil redoxpotentiaal (tussen twee paren) = delta E.     DeltaG  =  ‐n(0,023)deltaE.  Waarbij  n  gelijk  staat  aan  het  aantal  elektronen  die  getransporteerd  worden tussen een paar.     Wel  moet  hierbij  in  acht  worden  genomen  dat  zoals  in  hoofdstuk  3  behandeld  de  vrij  energie  afhankelijk is van de concentraties. De standaardredox potentiaal is dus ook voor 1:1 concentraties  maar  wanneer  er  meer  van  één  is  dan  veranderd  deze  zaak.  (veel  NADH  geeft  meer  negatief  redoxpotentiaal dan weinig NADH, t.o.v. NAD+ en dus ook een negatievere delta G). Dit is omdat het  gunstig is om elektronen af te staan zodat er weer meer NAD+ gevormd wordt. Het paar wordt dus  zwakker de overdracht van elektronen groter.     Als je dit berekend zie je dat het voor NADH ‐> O2 = ‐26,2 kcal/mol. Dit is enorm veel en precies waar  gebruik  van  gemaakt  wordt  in  de  elektronentrasnport  keten  op  gecontroleerde  wijze.  Omdat  elke  carrier in de transportketen zijn elektronen iets beter vasthoudt (groter redoxpotentiaal!!!) dan de  voorgaande de energetisch favoriete reactie van 2H= + 2e‐ + ½ O2 ‐> H2O is stapjes uitgevoerd. Dit  zorgt  ervoor  dat  ongeveer  de  helft  van  alle  energie  tijdelijk  wortd  opgeslagen  in  plaats  van  vrij  te  komen als warmte.     Binnen  elk  van  de  drie  onderdelen  van  de  trasnportketen  bewegen  elektronen  zich  voornamelijk  tussen  metaalionen  die  aan  de  eiwitten  gebonden  zijn.  Het  bewegen  tussen  de  3  onderdelen  gebeurd echter op een andere manier. Daar worden elektronen verplaatst doro moleculen die door 

de  bilaag  diffunderen  en  zo  de  elektronen  meenemen  van  het  ene  complex  naar  het  andere.  Een  voorbeeld hiervan is tevens weer bijzonder.  Ubiquinone is een  klein  hydrofoob molecuul  dat in  de  lipide bilaag oplost en geen onderdeel is van een eiwit. Het is belangrijk bij de elektronen transport  van  de  NADH‐dehydrogenase  naar  de  cytochrome  b‐c1.  Het  kan  eéén  of  twee  elektronen  tegelijk  oppakken en doneren.  

      Alle andere elektron dragers zijn kleine moleculen die gebonden zijn aan eiwitten. Hieronder valt ook  het molecuul dat het elektron van NADH naar ubiquinone draagt. De elektronen worden binnen het  NADH  dehydrogenase  complex  van  een  flavinegroep  gebonden  aan  het  complex  naar  ijzer‐ sulfaatgroepen  met  hoger  redoxpotentiaal  verplaatst.  De  laatste  ijzer‐sulfaatgroep  doneert  het  elektron (1 tegelijk) aan ubiquinone.   Ijzer‐sulfaat complexe hebben een relatief laag redoxpotentiaal en daarom minder geschikt om later  in de keten gebruikt te worden. Hier worden dan ook ijzeratomen in heme groepen gebonden aan  cytochrome  als  drageers  gebruikt.  Dit  gebeurd  in  de  twee  laatste  complexen  (2  en  3).  Omdat  ijzer  kleurt  dus  ook  cytochrome  (chroma  =  kleur).  Er  bestaan  verschillende  cytochromen  en  het  redoxpotentiaal  verschilt  en  stijgt  verder  op  in  de  keten.  Cytochrome‐c  is  bijvoorbeeld  de  drager  tussen complex 2 en 3. In het laatste complex vinden we naast de ijzer atomen in heemgroepen ook  koper  atomen  terug  die  op  een  zodanige  manier  aan  een  eiwit  vastzitten  dat  het  redoxpotentiaal  sterk stijgt.   De redenen dat deze dragers van elektronen (behalve ubiquinone) aan eiwitten gebonden zijn:  1. Eiwitten, of beter de binding aan eiwitten, zorgen dat de dragers in een bepaalde volgorde in  de  keten  komen  te  zitten.  De  redoxpotentialen  zijn  op  elkaar  afgestemd  en  stapsgewijs  verlies van energie is mogelijk.   2. De eiwitten positioneren de Fe atomen zodat efficiëntere overdracht mogelijk is.   3. De eiwitten voorkomen dat elektronen een tussenliggende stap over slaan (kanaal maken)  4. Eiwitten zorgen ervoor dat de elektronenstroom gebruikt kan worden voor het pompen van  H+ naar buiten, welke uiteindelijk voor de ATP synthese nodig is.     Cytochrome  oxidase  ontvangt  elektronen  van  cytochrome‐c  en  oxideerd  ze  dus.  Hierna  wordt  het  afgegeven  aan  zuurstof.  Hierbij  worden  4  elektronen  en  4  protonen  uit  de  waterige  omgeving  worden  aan  zuurstof  gebonden  om  twee  water  moleculen  te  vormen.  In  additie  worden  hiernaast  ook 4 protonen over de membraan naar de tussenruimte gepompt. Dit proton pompen gebeurt door  een  comformatieverandering  welke  door  de  elektronen  transport  gedaan  wordt.  Op  de  actieve  plaats  bevat  cytochrome  oxidase  een  complex  van  een  heem  ijzer  atoom  met  daarnaast  een  strak  gebonden  koper  atoom.  Het  is  in  dit  complex  waar  bijna  alle  zuurstof  die  we  inademen  (90%)  gebruikt  worden  en  het  is  het  laatste  stadium  voordat  de  elektronen  van  NADH  (en  FADH2)  aan  zuurstof gebonden worden. Een belangrijke functie van cytochrome oxidase is ook om het zuurstof 

stevig vast te houden tot alle 4 de elektronen eraan gebonden zijn. Indien dit niet gebeurt bestaat er  een kans op vorming van O2‐ wat een evensbedreigende radicale is.     Het specifieke mechanisme waarmee de drie complexen de protonen over het membraan pompen  verschilt  per  complex,  evenals  de  hoeveelheid  protonen  die  per  keer  gepompt  worden.  Bij  het  cytochrome b‐c1 complex is het waarschijnlijk dat ubiquinone een rol speelt. Voor complex 1 en 3 is  het waarschijnlijk een opeenvolging van comformatieveranderingen die een rol spelen.     Dit alles is nogmaals zo complex omdat er enorme hoeveelheden vrije energie geproduceerd wordt  in de trasnportketen welke alleen maar bruikbaar gemaakt kan worden in kleine stapjes.     In boevenstaande deel zijn we voornamelijk ingegaan op het gebruik van de elektronen van NADH,  maar hoe zit het nu ook alweer met FADH2?     !!!  let  hier  bij  op  WANT  LIM  HEEFT  HET  OVER  4  COMPLEXEN  TERWIJL  ALBERTS  ER  SLECHTS  3  BEHANDELD, en er eigenlijk 5 zijn als je ATP productie (ATP synthase) als complex meeneemt!!!    FADH2  wordt,  anders  dan  NADH,  direct  aan  complex  2  gebonden  (welke  in  alberts  niet  behandeld  wordt). Dit komt omdat FADH2 afkomstig uit de krebcyclus aan succinate dehydrogenase gebonden  wordt welke zelf weer onderdeel uitmaakt van het complex. Omdat complex 1 wordt overgeslagen  is de uiteindelijke energieopbrengst van FADH2 dus ook 1,5 en niet 2,5 zoals NADH. Na binding aan  complex twee worden de elektronen ook aan ubiquinone (CoQ10) doorgegeven om vervolgens vanaf  cytochrome  b‐c1  het  verdere  pad  te  volgen.  De  reden  dat  Alberts  complex  2  waarschijnlijk  niet  behandeld is omdat deze geen protonen pompt en uiteindelijk dus niet meehelpt met het gradiënt  en daarmee ATP synthese.  

 

NB:  nogmaals  zoals  je  in  bovenstaand  bijschrift  kunt  lezen  in  de  elektronen  transportketen  complex  1  t/m  4.  Oxidatieve  fosforylering  is  echter  het  proces  waarbij  ATP  geproduceerd  wordt,  dus  complex  5.  ANT  staat  voor  het  gekoppelde  transport  van  ADP  en  ATP  in  en  uit  de  cel!!!  (volgens mij, maar hier ben ik niet 100% zeker van, staat de ademhalingsketen voor complex 1 t/m  5 samen).     Voor  de  oplettende  kijker  heb  je  kunnen  zien  dat  NADH  tijdens  de  glycolyse  geproduceerd  kan  worden, echter moet deze naar het mitochondrium getrasnporteerd worden, welke ondoorlaatbaar  is voor NADH. Hier zijn twee methoden voor:  1. Glycerol‐3‐fosfaat  shuttle:  elektronen  worden  van  NADH  naar  FADH2    getransporteerd  welke  vervolgens  de  elektronen  transportketen  in  gaat  (let  wel,  hier  komt  het  dus  bij  complex 2 binnen en genereert dus 1,5 ATP ipv 2,5 ATP voor mitochondrisch NADH).  

  2. Malaat‐aspartaat shuttle: deze is voornamelijk actief in de lever en het hart. De elektronen  van  NADH  in  het  cytosol  wordt  over  gebracht  naar  de  mitochondrische  NADH,  om  de  transportketen in te gaan (geeft dus 2,5 ATP).  

COLLEGE 12  Net als de glycolyse (en eigenlijk alles in het lichaam) wordt ook de krebcyclus gereguleerd. Omdat  de  krebcyclus  een  centraal  punt  in  metabolisme  is  wordt  deze  gereguleerd  door  de  behoeften  van  verschillende  processen  in  verschillende  weefseltypen.  De  controle  van  de  cyclus  kan  op  twee  niveaus beschouwd worden:  1. Allosterische regulatie: hier vinden we drie sleutelenzymen voor regulatie terug:  a. Citraat synthase  b. Isocitraat dehydrogenase  c. Alpha‐ketoglutaraat dehydrogenase  Alle drie de enzymen worden geactiveerd door Ca2+, waarbij de niveaus van Ca2+ verhoogd  zijn  bij  bijvoorbeeld  spier  contractie,  dus  als  er  meer  ATP  nodig  is.  The  enzymen  worden  eveneens  gereguleerd  door  de  niveaus  in  ATP  en  NADH,  welke  dan  natuurlijk  de  enzymen  inhiberen, omdat NADH en ATP een hoge energie status tekenen.   2. Ademhalingscontrole:  de  belangrijkste  controle  van  de  krebcyclus  is  via  de  ademhaling.  Deze  wordt geregeld via de activiteit van de transportketen en de mate van oxidatieve fosforylering.  Dit gebeurd op zijn beurt weer door een aantal factoren.  a. krebcyclus  heeft  NAD  en  FAD  nodig,  welke  door  de  Elektronen  transportketen  gegenereerd  worden.  Lagere  activiteit  van  de  transportketen  inhibeerd  dus  ook  de  krebcyclus door te weinig substraat.  

b. De  ATP  die  geproduceerd  wordt  is  ook  een  inhiberende  factor  voor  de  krebcyclus.  ADP:ATP is dus belangrijk.   c. Alle andere factoren die de transportketen of Oxid. Fosfo. belemmeren, bijvoorbeeld  dus ook zuurstof, inhiberen de functie van TCA.  

17  Ook de elektronentransportketen wordt natuurlijk gereguleerd op twee manieren.   1. Ontkoppeling: Een belangrijk gevolg wat kan plaats vinden in deze keten is de loskoppeling  van  het  protonengradiënt  van  ATP  synthase.  Elke  stof  die  de  doorlaatbaarheid  van  het  membraan  voor  protonen  vergroot  (waardoor  deze  dus  niet  via  ATP  synthase  naar  binnen  hoeven) verminderd de ATP productie.   2,4‐dinitrophenol is een stof die precies dit doet. Het is een vetoplossend proton dat vrijuit  door  het  binnenmebraan  kan  diffuseren  en  protonen  met  zich  meedraagt.  De  energie  die 

door de elektronenketen wordt geproduceerd wordt dan ook als warmte vrijgelaten. FCCP is  een soortgelijk molecuul met dezelfde functie.   Fysiologisch  gebeurd  deze  ontkoppeling  ook,  bruin  vetweefsel,  is  hier  een  voorbeeld  van.  Overwinterende  zoogdieren  en  baby’s  hebben  dit  bruine  vet  (nek  en  bovenrug).  Voor  deze  ontkoppeling wordt het molecuul thermogenine gebruikt en heeft als functie om het lichaam  warm te houden.   2. Inhibitie:    inhibitoren  binden  aan  componenten  in  de  transportketen  en  blokkeren  de  overdracht van elektronen op specifieke plaatsen. Alle elektronen voor de blokkade worden  gereduceerd, maar de elektronen na de blokkade blijven geoxideerd. Deze inhibitie leidt tot  een minder grote gradiënt en uiteindelijk minder ATP productie.   TMPD (tatramethyl‐p‐phenyldiamine) is bijvoorbeeld een kunstmatige elektrondonor welke  elektronen direct op cytochroom‐c transporteerd. Vitamine C is een belangrijke voedingstof  die de functie van TMPD reduceerd en dus de blokkade beperkt.     De ATP productie wordt tot slotte gecontroleerd door de toevoer van ADP, welke uiteraard nodig is  om ATP te maken. Aangezien de elektronentransportketen en de ATP synthese sterk gekoppeld zijn  wordt door remming van de synthese de transportketen ook geremd.     COLLEGE 13  Naast gebruik voor biologische membranen worden vetzuren ook gebruikt voor andere doeleinden,  namelijk  als  metabole  brandstof  (vetzuuroxidatie)  en  voor  de  vorming  van  triaglycerollen  (TAG)  (energieopslag).  De  goede  opslag  van  vetzuren  is  nodig  omdat  hoge  concentraties  van  vetzuren  toxisch zijn door hun detergerende werking. Vetzuren kunnen uit de voeding afkomstig zijn maar ook  door de cel zelf geproduceerd (vetzuursynthese). Om alle vetzuren nog eens op een rij te hebben is  het  handig  om  de  strcuturen  behorende  bij  zelfstduie  0  weer  goed  door  te  kijken  (zie  begin  samenvatting).   Herinner  je  de  reden  nog  waarom  TAG  nu  juist  t.o.v.  bijvoorbeeld  glycogeen  een  goede  opslag  methode is?!! Het getal meer dan 6 dat daarbij genoemd werd komt voort uit de hoeveelheid water  die bij de glycogeen opslag betrokken is, deze is 6x zo hoog bij glycogeen dan vet, dus de opslag kost  meer massa en minder relatieve energie.     Acetyl‐CoA  is  zowel  de  bouwstof  voor  vetzuur  synthese  (lipogenese)  als  die  van  vetzuurafbraak  (bèta‐oxidatie).  Toch  is  lipogenese  niet  een  simpele  omkering  van  de  bèta‐oxidatie.  Nazoeken  waarom!    Vetzuursynthese:  vetzuursynthese  vindt  plaats  in  een  cyclische  reactie  waarbij  opeenvolgend  twee  koolstofatomen aan acetyl‐CoA geplaats worden, tot er uiteindelijk een vetzuurketen geproduceerd  wordt. Het vindt plaats in de lever, vetweefsel en melkklieren, en een geringe hoeveelheid in de nier.  Het vindt plaats in het celcytosol.   Het meest voorkomend verzadigd vetzuur dat gevormd wordt is palmitaat. Dit is een 16‐C molecuul.  

 

De  constructie  van  dit  vetzuur  begint  met  de  vorming  van  acetyl‐CoA  in  het  mitochondrion  .  Vervolgens  wordt  het  het  celcytosol  in  getransporteerd  waar  het  omgezet  wordt  tot  malonyl‐CoA.  Dan volgt er verder een aantal reacties die gekatalyseerd worden door vetzuur synthase.   Voor  de  synthese  van  vetzuren  is  NADPH  nodig  welke  door  het  PPP  wordt  gevormd  en  ook  gedeeltelijk dor de pyruvaat‐malaat cyclus.     BEKIJK DE PLAATJES IN LIM, WANT NIET OP INTERNET TERUG TE VINDEN.!!!    Pyruvaat dehydrogenase katalyseert de reactie van pyruvaat naar Acetyl‐Coa, welke nodig is voor de  vetzuur  synthese.  Dit  gebeurt  in  de  mitochondriale  matrix.  Acetyl‐CoA  kan  naast  uit  pyruvaat  ook  gevormd worden bij de afbraak van ketonlichamen, aminozuren en vetzuren.   Acetyl CoA moet vervolgens het mitochondrion uit getransporteert worden omdat vetzuursyntese in  het  cytosol  plaatsvindt.  Het  CoA  gedeelte  kan  niet  vrijelijk  door  het  membraan  en  moet  dus  getransporteert.    Dit  gebeurt  eveneens  door  de  pyruvaat/malaat  cyclus  (welke  dus  ook  NADPH  produceert). Het gedeelte van deze shuttle die het AceCoA ook daadwerkelijk transporteert heet de  citraat shuttle.   Acetyl CoA condenseert met oxaalacetaat waarbij citraat gevormd wordt (zie ook bovenstaand). Het  citraat  wordt  door  tricarboxylaat  transporter  over  het  membraan  uit  het  mitochondrion  getransporteerd. In het cytosol wordt citraat weer geplitst door citraat lyase waarbij oxaalacetaat en  acetyl CoA vrijkomen. De oxaalacetaat wordt in het cytosol weer omgezet naar malate en vervolgens  pyruvaat welke wel weer het mitochondrion in kan door de pyruvaat transporter. De omzetting van  malate naar pyruvaat (malic enzyme) levert eveneens 1 NADPH op die gebruikt kan worden voor de  vetzuur synthese. Omzetting van oxaalacetaat naar malaat kost 1 NADH.   Het gehele proces van het transport van Acetyl‐CoA kost energie, te weten 1 ATP voor omzetting van  citraat in oxaalacetaat en  acetylCoA (citraat lysase)  en 1 NADH voor terug zetten van oxaalacetaat  naar malaat.   Normaliter  wordt  citraat  gebruikt  om  de  Krebcyclus  in  te  gaan  en  ATP  te  produceren,  wanneer  de  levels  ATP  erg  hoog  zijn  vindt  vetzuursynthese  met  behulp  van  citraat  plaats.  Isocitraat  dehydrogenase  is  een  enzym  van  krebcyclus  die  geinhibeerd  wordt  door  hoge  energieniveaus.  De  vervolgende opeenhoping van citraat zorgt voor activatie van tricarboxylaat transporter. Aangezien  er voor lipogenese ook ATP nodig is is dit ook een activerende factor, dus citraat en ATP = activatie.   De AceCoA die in het cytosol zit wordt vervolgens omgezet in malonyl CoA. Deze stap is rate‐limiting  en onomkeerbaar. De acetyl CoA wordt gecarboxyleerd door acetyl CoA carboxylase waarbij Biotine  (vitamine) als cofactor optreedt. Biotine is gebonden aan de lysinegroep in het enzym en doet mee  aan  de  reactie.  Hierbij  wordt  eerst  de  biotine  groep  gecarboxyleerd,  dit  resulteert  in  een  vrije  carboxylgroep  die  verder  gebonden  kan  worden  aan  acetyl‐coA.  Biotine  is  daarom  een  drager  van  een  carboxylgroep  belangrijk  voor  deze  reactie  maar  ook  andere  reacties  zoals  bij  pyruvaat  carboxylase.   Vetzuursynthase:  vetzuursynthese  heeft  een  aantal  enzymen  nodig,  die  bij  normale  cellen  samengevoegd  zijn  tot  één  enzym  complex:  vetzuursynthase  (FAS).  In  bacteriën  zijn  dit  wel  verschillende  enzymcomplexen.  Vetzuur  synthase  bestaat  uit  een  dimeer  met  twee  identieke  subunits.  Elke  unit  bestaat  weer  uit  7  verschillende  enzymen,  welke  elk  een  andere  reactie  van  de  synthese katalyseert. Elke subunit (dus twee) bevat ook een acyldragend eiwit.De functie van dit deel  is  het  vasthouden  van  alle  intermediairen  van  de  synthese  gebonden  aan  de  thiolgroep  (‐SH)  van  pantotheenzuur  (in  het  ACP).  De  groeiende  acylketen  wordt  hierdoor  vastgehouden  wanneer  het  langs  de  actieve  bindingsplaatsen  van  de  vetzuursynthese  beweegt.De  tegenoverliggende  subunit  biedt het vetzuur steeds aan de tegenoverliggende unit aan voor verdere synthese.  Het houdt dus  de  groeiende  vetzuurketens  vast.  Gebonden  aan  de  twee  units  van  de  keten  worden  malonyl  en  acetyl CoA, welke samen condenseren tot een 4‐C molecuul. Hierbij wordt CO2 afgesplitst.   Vanaf  dit  punt  bindt  nog  6  maal  een  malonylgroep  waarbij  dus  uiteindelijk  een  16‐C  palmitaat  gevormd wordt. AcetylCoA = 2C, malonyl‐CoA = 3C maar... 1 weg aan CO2.    Uiteindelijk wortd van 7 malonylCoA’s + 1 acetyl CoA + 14 NADPH ‐‐ 1 vetzuur palmitaat.  

 

  NEEM GOED NOTA VAN DE FIGUREN IN LIM, NIET OP INTERNET!!!    Zoals  altijd  zit  het  weer  net  ingewikkelder  dan  bovengenoemd  en  vandaar  dus  ook  nu  de  vetzuur  synthese in stappen!  1. Additie: acetyl transacylase katalyseert de reactie waarbij de acetyl groep van de CoA aan de  thiol  groep  van  de  FAS  gebonden  wordt.  Malonyl  transcyclase  bindt  vervolgens  de  malonylgroep  aan  de  andere  unit.  Hierbij  komen  dus  de  twee  CoA  groepen  van  beiden  als  CoASH vrij.   2. Condensatie: Bèta‐ketoacyl synthase katalyseert de condensatie van acetyl (2C) en malonyl  (3C) waardoor acetoacetyl‐ACP (4C) gevormd wordt. Hierbij wordt 1 CO2 afgesplitst. Bij het  omzetten van acetyl‐CoA in malonyl‐coA (voor de daadwerkelijk synthese) is energie gebruikt  die is opgeslagen in malonyl‐CoA. Door de condensatie wordt deze energie weer vrijgegeven  waardoor verdere verlenging van de keten mogelijk is.   3. Reductie:  bèta‐ketoacyl  reductase  converteert  de  ketogroep  naar  een  alcohol,  waarbij  de  reducerende agent NADPH is (wordt dus NADP+)  4. Dehydratie:  er  wordt  water  afgesplitst  door  bèta‐hydroxyacyl  dehydratase,  waardoor  een  dubbele binding ontstaat.   5. Reductie:  enoyl  reductase  zorgt  voor  de  tweede  reductie  reactie  waarbij  een  verzadigd  vetzuur geproduceerd wordt en tevens de eerste verlengingscylcus afgesloten wordt.   6. Site‐to‐site  transfer:  de  4‐c  keten  wordt  nu  naar  de  subunit  getransporteerd  waar  in  oorsprong de acetyl‐CoA aan gebonden zat, hierdoor komt de plek voor een nieuwe malonyl‐ CoA vrij.   7. Additie:  het  4c  molecuul  condenseert  opnieuw  met  een  malonylCoA  en  stap  2‐6  herhalen  zich n aantal keer (in het geval van palmitaat nog 6x, 7x in totaal dus).   8. Thioestarase zorgt er uiteindelijk voor dat palmitaat van het FAS wordt losgelaten.  

NB:  alle  stoffen  komen  uitiendelijk  van  acetyl‐CoA  omdat  malonyl‐CoA  ook  van  acetyl‐CoA  afkomstig is.     Voor de nauwkeurige onder ons is de totaal reactie compleet dus: 8 acetyl‐Coa + 14 NADHP + 14H+ +  7 ATP  1 palmitaat + 14 NADP+ + 8 CoA + 7 ADP + 7 Pi + 7CO2 + 7 H2O.     Palmitaat wordt niet zodanig in het lichaam opgeslagen maar triaglycerollen worden gebruikt voor de  vetzuur opslag. Palmitaat zal dus hierin omgezet moeten worden.   Triacylglycerollen  bestaan  uit  1  glycerolgroep  en  3  vetzuren  en  de  formatie  hiervan  bestaat  uit  3  stappen:  1. Formatie van glycerol‐3‐fosfaat.   a. 1 manier hiervoor is de fosforylering van glycerol door glycerol kinase.   b. 2e  manier  is  reductie  van  een  glycolytisch  intermediair  (dihydroxyaceton  fosfaat)  door middel van glycerol‐3‐fosfaat dehydrogenase.   2. Activatie  van  vetzuren:  vetzuur  acetyl  synthetase  activeert  de  vetzuren  door  ze  aan  CoA  te  koppelen. Deze reactie behoeft ATP. (NB: weet je nog dat deze CoA vrijkwam bij condensatie  tussen malonyl en acetyl?)  3. Estervorming van glycerol‐3‐fosfaat: dit gebeurt door acyl transferase in 3 stapjes waarbij de  geactiveerde vetzuren aan glycerol‐3‐fosfaat gebonden worden.   4. Figuur LIM 4.7 

triacylgycerol!!!    Eveneens is het mogelijk om naast palmitaat gebruik te maken van kortere of alngere vetzuurketens,  waarbij palmitaat verkort of verlengt wordt. Verlengen kan in zowel het ER als in het mitochondrion  gebeuren. Afsplitsing vindt plaats in het ER.     Er bestaan Cis en trans moleculen waarbij trans betekent dat de methylgroepen aan dezelfde kant  van de dubbele binding  zitten  terwijl bij trans ze juist tegenovergesteld  zitten, dit zijn voorbeelden  van stereoisomeren.  

  Verder kunnen vetzuren van elkaar verschillen in het aantal C‐atomen en de locatie en aantal van de  dubbele binding(en). Hier worden verwarrend genoeg twee verschillende termen voor gebruikt.   1. Tellend vanaf de carboxyl groep wordt aangeduidt met delta. Dan zeg je delta9,12, 18:2 en  dat  betekent  dan  dat  er  twee  dubbele  bindingen  zijn  tussen  9‐10  en  12‐13  met  een  totale  lengte van 18 C‐atomen.   2. Tellend  vanaf  de  methylgroep  (dus  de  niet  functionele  kant  van  het  vetzuur)  wordt  aangeduidt met kleine letter omega. Omega6,9, 18:2 is precies hetzelfde molecuul als bij 1  alleen geteld vanaf de andere kant.   Bij deze cursus wordt delta als aanduidt methode gebruikt.  

  Zoogdieren  bevatten  geen  enzymen  die  nodig  zijn  voor  het  introduceren  van  een  dubbele  binding  voorbij  het  9e  C‐atoom.  Om  deze  reden  kunnen  linolzuur  en  linoleenzuur  niet  gemaakt  worden  en  zijn dus ook essentiële vetzuren die via het dieet binnen moeten komen. Deze stoffen zijn nodig voor  de  synthese  van  een  groot  aantal  andere  onverzadigde  vetzuren,  waaronder  arachidonzuur  welke  gemaakt  wordt  door  desaturatie  (onverzadiging)  en  verlenging  van  linolzuur.  Arachidonzuur  is  vervolgens  weer  een  belangrijke  stof  voor  weefselhormonen.    Visolie  is  een  belangrijke  bron  voor  deze vetzuren.     Afbraak van vetzuren  Het belangrijkste product van de afbraak van vetzuren (triacylglycerol)  is natuurlijk weer acetyl‐CoA.   Met  name  in  de  spier  en  de  lever  vindt  afbraak  van  vetten  plaats,  en  sommige  weefsel  zijn  er  ook  absoluut niet toe in staat zoals rode bloedcellen, hersenweefsel en adrenale medulla. 4 stappen:    1. Hydrolyse  van  triacylglycerol  door  lipase:  dit  vindt  plaats  in  het  celcytosol  en  levert  uiteindelijk 1 glycerol en 3 vetzuren op.  Lipase hydrolyseert de triacylglycerol op C1 en C3  positie waarbij 2 vetzuren en  monoacylglycerol wordt gevormd. Vervolgens  verwijderd een  specifiek  lipase  het  laatste  vetzuur.  Glycerol  wordt  naar  de  lever  getransporteerd  omdat  vetweefsel geen glycerol kinase bevat wat nodig is voor de verdere behandeling. In de lever  wordt de glycerol gefosforyleerd om gebruikt te worden om (heel dubbel!) triacylglycerollen  te  maken  of  via  dihydroxyaceton  fosfaat  voor  de  gluconeogenese  gebruikt  te  worden.  De  vetzuren worden of ook weer gebruikt om triacylglycerol van te maken of worden het bloed  in gestuurd waar ze opgenomen kunnen worden voor oxidatie.   2. Activatie van vetzuren: voordat de vetzuren die in het bloed vrijkomen geoxideerd kunnen  worden moeten ze geactiveert worden door binding van een CoA eraan (door vetzuur acyl  synthetase),  hierdoor  wordt  acyl  CoA  gevomrd.  Dit  gebeurd  in  het  celcytosol.  Aan  het  buitenmembraan  (cytosollische  kant)  van  het  mitochondrion  ben  behoeft  ATP.  (NB:  zelfde  stap als bij triacylglycerol synthese!!!). bij gebruik van ATP worden Ppi (pyrofosfaat) en AMP  gevormd  maar  de  reactie  snel  onomkeerbaar  gemaakt  door  de  binding  van  Ppi    aan  twee  vrije anorganische fosfaten (pyrofosfatase), waarbij nog een hoge energie verbinding wordt  gebruikt.  De  activatie  van  vetzuren  kost  daarom  2  ATP.  Door  de  binding  aan  CoA  van  het  vetzuur kan deze niet door het membraan naar buiten en wordt dus ‘gevangen’ gehouden.   3. Transport in mitochondrion: de activatie van vetzuren is in het cytosol maar de beta oxidatie  in  het  mitochondrion  (matrix).  Acyl  CoA  kan  niet  door  het  membraan  en  moet  daarom  getransporteerd worden. Dit gebeurd door de carnitine shuttle.                                  

De  omzetting  van  carnitine  in  acyl  carnitine  en  anderom  gebeurd  door  carnitine  acyl  transferases I en II. Het in en uit transporteren gescheidt met behulp van translocase.   4. Bèta  oxidatie.  Hierbij  vindt  de  eigenlijke  oxidatie  van  acyl  CoA  plaats  welke  (uiteraard!)  gebeurd in 4 stappen:  a. Oxidatie:  er  komt  een  dubbele  binding  tussen  C2  en  C3  waarbij  FADH2  gevormd  wordt (elektron transport tot 1,5 ATP!!!).   b. Hydratatie: er wordt een water toegevoegd tussen de dubbele binding op C2 en C3  (delta2‐enoyl‐CoA hydratase).   c. Oxidatie  door  NAD+.  De  OH  groep  aan  C3  wordt  tot  een  ketogroep  (=O)  gevormd  waarbij  NADH  (2,5  ATP)  gevormd  wordt.    (NB:  de  bovenstaande  3  reacties  zijn  gelijkend  aan  de  3  laatste  reacties  van  de  krebcyclus  waarbij  succinate  tot  oxaalacetaat wordt omgezet).   d. Thioloytische knipping van het molecuul wordt gedaan om acetyl CoA vrij te maken.  Dit gebeurdt door thiolase waarbij steeds 2 c atomen worden vrijgemaakt. De cylcus  herhaald  zich  dus  totdat  er  alleen  ecetyl  CoA  over  is.  Uiteindelijk  komen  er  twee  acetyl CoA’s vrij.    

    De vrijgekomen Acetyl CoA kan gebruikt worden in de Krebcyclus en de lipogenese maar kan ook de  basis vormen voor cholesterol of ketonlichamen:    Cholesterol:  Cholesterol  heeft  meerdere  functies  in  het  lichaam  waaronder  essentiëel  component  van  het  celmembraan, een precursus van 5 belangrijke steroïde hormonen, en een precursus voor galzuren  en vitamine D. Hierdoor heeft het lichaam een zekere toevoer van cholesterol nodig.  

     Cholesterol kan worden opgenomen via het dieet, of gesynthetiseerd worden door het lichaam. Er  zijn reguleringsmechanisme die dieet intake en synthese op elkaar afstemmen, samen met natuurlijk  het verbruik ervan. Dit is essentrieel om de levels op peil te houden, te veel cholesterol zorgt voor  hart en vaatziekten.     Cholesterol synthese: Dit vind plaats in het celcytosol en meestal in de lever.   Het bestaat uit 27 C‐atomen welke afkomstig zijn van acetyl CoA. Synthese is verdeeld in 2 stadia:   1. Formatie van een isoprene unit  a. 2  moleculen  vormen  1  molecuul  acetoacetylCoA  (4C)  door  middel  van  condensatie  thiolase  b. HMG‐CoA  synthase  katalyseert  een  toevoeging  van  een  extra  acetyl  CoA  en  vormt  dus  HMG‐CoA.  HMG‐CoA  is  ook  een  intermediair  voor  de  synthese  van  ketonlichamen.  NB:  ketonlichamen  worden  in  het  mitochondrium  gevormd  en  cholesterol  in  het  cytosol.  De  lever  bevat  om  deze  reden  twee  enzymen  van  HMG‐ CoA  synthase:  een  cytosollische  voor  cholesterol  en  een  mitochondriaal  voor  ketonlichamen.  

  c. Een  onomkeerbare  stap  en  rate‐limiting:  enzym  HGM‐CoA  reductase  reduceert  de  HMG‐CoA  naar  mevalonaat.  Dit  gebeurd  in  het  ER  en  heeft  NADH  als  reducerend  agent nodig.  

  d. Mevalonaat  wordt omgezet tot IPP waarbij 3 moleculen ATP nodig zijn. Zie schema  voor  details.  Er  vinden  eerst  twee  fosforylaties  plaats  en  vervolgens  een  carboxylering tot IPP.  

  2. Progressieve  condensatie  van  een  isoprene  unit  naar  cholesterol  dit  stadium  hoef  je  niet  volledig  te  kennen,  je  moet  wel  weten  dat  uiteindelijk  ui  een  5c  isoprene  unit  (IPP)  1  cholesterol gesynthetiseerd wordt!!! En dat dit gebeurd door CONDENSATIE.     Ketonlichamen:  Ketonlichamen  worden  uitsluitend  in  de  lever  gevormd  en  gebeurd  voornamelijk  wanneer  de  aanvoer van acetyl‐CoA door de afbraak van vetzuren groter is dan de afvoer. De afvoer (Kreb) wordt  natuurlijk  bepaald  door  de  behoefte  aan  energie.  Dus  de  ketonlichamen  komen  in  beeld  als  wel  vetzuren  afgebroken  worden  maar  deze  niet  gebruikt  kan  worden,  hersenen!!!!  Ketonlichamen,  gevormd  uit  acetyl‐CoA  kunnen  als  andere  energiebron  dienen  en  worden  altijd  in  kleine  hoeveelheden  geproduceerd.  Alleen  tijdens  vasten,  enorme  inspanning  en  ongecontroleerde 

diabetes  worden  ze  in  grote  hoeveelheden  geproduceerd  (uitzondelijke  situaties  dus).  Een  grote  hoeveelheid ketonlichamen zorgt ook voor een daling in bloed pH wat uiteraard niet goed is.     Ketonlichamen zijn wateroplosbaar.    Het  brein  kan  geen  gebruik  maken  van  vetzuren  als  bouwstof  aangezien  deze  niet  de  barrière  doorkomen.  In  een  doorvoede  staat  gebruikt  het  brein  dan  ook  uitsluitend  glucose.  In  tijden  van  vasten  gebruiken  de  hersenen  echter  keton  lichamen.  Dit  voorkomt  dat  teveel  glucose  nodig  is,  welke  in  die  tijden  afkomstig  is  van  afbraak  van  spierweefsel.  De  spieren  kunnen  dus  (tijdelijk)  gespaard worden door gebruik van ketonlichamen. In staat van vasten is de productie even hoog als  het gebruik wat de pH op peil houdt.     Diabetes:  als  deze  niet  goed  gecontroleerd  wordt  is  er  een  glucose  tekort.  Dit  leidt  tot  massale  productie van ketonlichamen, en uitiendelijk ketoacidose, veel te lage bloed pH.     Synthese van ketonlichamen:  Ze  worden  geproduceerd  uit  acetyl‐CoA  welke  weer  voornamelijk  afkomstig  is  van  de  afbraak  van  vetzuren. Het vindt plaats in de mitochondria van de lever. Ketogenese:  1. 3 moleculen  actyl  coA vormen  HMG‐coa (hetzelfde  dus als bij  cholesterol alleen dan in het  mitochondrium).   2. HMG‐CoA wordt geknipt tot acetoacetaat. (hetzelfde dus als bij cholesterol alleen dan in het  mitochondrium).  3. Acetoacetaat  wordt  gereduceerd  tot  3‐hydroxybutyraat.  Of  dit  gebeurt  hangt  af  van  het  voorhanden zijn van NADH.   4. Acetoacetaat kan ook spontaan omgevormd worden (door carboxylering) naar aceton, maar  dit gebeurt slechts weinig (kan aan adem geroken worden).   Er zijn dus 3 ketonlichamen:  acetoacetaat, 3‐hydroxybutyraat en aceton.    

 

 

  De synthese van ketonlichamen wordt ook gecontroleerd, dit gebeurd met name door oxaalacetaat.  In  periode  van  vasten  wordt  de  oxaalacetaat  van  de  TCA  direct  doorgespeeld  naar  de  gluconeogenese.  Acetyl  CoA  kan  hier  dus  niet  meer  aan  binden  om  citraat  te  vormen  nodig  voor  transport en wordt gebruikt om ketonlichamen te vormen.    

Naast  het  gebruik  van  ketonlichamen  door  de  hersenen  gebruikt  ook  spier  en  hartweefsel  deze  energiebron. Sterker nog, het hart heeft een voorkeur voor ketonlichamen boven glucose. De lever  kan  ketonlichamen  niet  als  energiebron  gebruiken  (EXTRA  HEPATISCH),  omdat  deze  geen  3‐ ketoacyl CoA bevat welke noodzakelijk is om ze te kunnen afbreken. Rode bloedcellen aan de andere   kant  kunnen  geen  ketonlichamen  produceren  omdat  ze  geen  mitochondria  hebben. 

 

 

 

COLLEGE 14  Sommige  aminozuren  kunnen  door  een  organimse  zelf  geproduceerd  worden,  waarbij  de  benoigdheid  het  alpha‐ketozuur  nodig  is.  11  van  de  20  aminozuren  kunnen  op  deze  manier  geproduceerd worden en heten dus ook niet‐essentiëel. De alpha‐ketozuren worden met behulp van  aminotransferase omgezet in het bijbehorende aminozuur. Een voorbeeld hiervan is tyrosine, welke  uit fenylalanine geproduceerd kan worden.    Essentiële  aminozuren  kunnen  niet  door  het  lichaam  zelf  gemaakt  worden  en  moeten  dus  via  het  dieet  opgenomen  worden  of  via  de  bacteriële  activiteit  in  de  darmen.  fenylalanine  is  hier  een  voorbeeld van.      Voor  aminozuur  metabolisme  zijn  twee  belangrijke  reacties  nodig:  transaminatie  en  oxidatieve  determinatie.   Transaminatie:  aminotransferase  katalyseert  de  reactie  waarbij  de  alpha‐aminogroep  (NH3+)  van  één  aminozuur  op  het  alpha‐ketozuur  (pyruvaat,  oxaalacetaat  en  meestal  alpha‐ketoglutaraat)   wordt  geplaatst.  Hierbij  ontstaat  een  nieuw  aminozuur  en  een  nieuw  alpha‐ketozuur  (in  het  geval  van alpha‐ketogutaraat ontstaat glutamaat). Alle reacties van deze soort zijn omkeerbaar.   Aminotransferases worden terug gevonden in het cytosol en de mitochondria. Ze hebben pyridoxaal  fosfaat (PLP) (derivaat van vitamine B6) nodig als cofactor. PLP is covalent gelinkt aan de lysine residu  op de actieve site van het enzym en deelt mee in de reactie. De twee belanrgijkste aminotransferases  zijn:  aminotransferase  (ALT)  en  aspartaat  aminotransferase  (AST).  Aminotransferases  zijn  zeer  belangrijk  in  het  metabolisme.  Ook  bij  aminozuurafbraak  worden  uiteindelijk  alle  aminozuren  omgezet in alpha‐ketoglutaraat omdat alleen glutamaat oxidatieve deaminatie kan ondergaan.  

    Oxidatieve deaminatie:   Glutamaat  dydrogenase  verwijdert  de  aminogroep  van  glutamaat  ,  waardoor  het  koolstof  skelet  achter blijft. De ammonia die gevormd wordt gaat de ureum cyclus binnen en het kooslatofskeletten  kunnen  allemaal  dienen  als  TCA  of  glycolyse  intermediair.  Glutamate  dehydrogenase  is  specifiek  voor glutamaat en kan NAD en NADP als cofactor gebruiken.   Het gebeurt in het mitochondrium.   De reactie is reversibel en behoeft dus controle mechanismen. ATP en GTP inhiberen de reactie, GDP  en  ADP  activeren  het.  De  reden  dat  dit  zo  is,  is  dat  wanneer  de  energielevels  laag  zijn,  alpha‐ ketoglutaraat de Kreb in kan gaan om energie te genereren.  

  Onderstaand komt een figuur waar de rest van de aminozuren aan bod komt, hier hoef je niet alles  van te weten, wel een aantal zakn, zie onder figuur:   

  Hiervan moet je weten dat:  1. 3‐P‐glyceraat serine kan vormen.   2. Pyruvaat omgezet kan worden in alanine  3. Oxaalacetaat reversibel in aspartaat omgezet kan worden, waarbij glutamaat als aminodonor  fungeert  (NB malaat aspartaat shuttle college 10!!!)  4. Alpha‐ketoglutaraat  omgezet  kan  worden  in  glutamaat  met  behulp  van  glutamaat  dehydrogenase en vrije ammonium ionen.  

 

  Aminozuren  zijn  essentieel  voor  het  lichaam  o.a.  voor  eiwit  synthese,  maar  heeft  niet  de  mogelijkheid een overschot op te slaan zoals dat bij vet en glycogeen kan, ook niet in de vorm van  eiwitreserve. Om deze reden wordt een teveel aan aminozuren ook direct gemetaboliseerd. Wel is  het zo dat de reacties tussen eiwitsynthese en aminozuren niet stil staan, een evenwicht, waardoor  dus eigenlijk aminozuren wel gebruikt worden en dan direct afgebroken en weer gebruikt, dit heet  turnover van eiwitten, in Lim p. 93 staat een tabel van de turnoverweesfels.     Het afbreken van aminozuren leidt tot een verlies aan stikstof (ureum) in het lichaam (weet je nog  de NH3+ ging de ureum in...). Daarom moet een dieet ook aminozuren bevatten om deze stikstof aan  te  vullen.  Als  de  inname  evenveel  is  als  het  verlies  is  het  lichaam  in  stikstof  balans.  een  positieve  balans is bij teveel inname, geassocieerd met zwanger, groei en herstelperioden. Negatieve stikstof  balans wordt geassocieerd met ondervoeding, starvatie, post traumatische staat en tekort van één  essentieel aminozuur (alle 20 zijn nodig voor eiwitsynthese).   Ongeveer 1‐2% van de eiwitten in het lichaam ondervinden dagelijkse turnover. Dit verschilt wel per  soort eiwit: een hoegere turnover voor regulerende eiwitten, een lage voor structurele (collageen0  eiwitten en middelmatig voor bijvoorbeeld hemaglobine.  

 

   De  aminozuren  die  teveel  zijn  in  het  lichaam  worden  afgebroken.  Eerst  wordt  de  aminogroep  verwijderd, waarbij ammonia (NH3+) gevormd wordt. Omdat ammonia ontzettend giftig is wordt het  omgezet  in  ureum,  door  de  ureum  cyclus,  en  uitgescheden  via  de  urine.  Verder  is  er  een  achtergelaten koosltof skelet (alpha‐ketozuur). Het grootste deel van aminodegradatie is in de lever.       Het koolstofskelet (alpha‐ketozuur) wat achterblijft na verwijderen van de aminogroep wordt verder  gekataboliseerd.  Deze  ketozuren  verschillen  erg  van  elkaar  maar  uiteindelijk  worden  hiervan  altijd  intermediairen  van  het  metabolisme  gevormd:  pyruvaat,  acetyl‐CoA,  acetoacetyl  CoA,  alpha‐ ketoglutaraat, succinyl CoA, fumaraat en oxaalacetaat. Of deze intermediairen gebruikt worden om  energie te genereren of opgeslagen worden als vet en glycogeen hangt af van de energiestatus van  de  cel.  De  aminozuren  die  worden  afgebroken  kunnen  op  basis  van  bovenstaande  ook  ingedeeld  worden in twee groepen:  1. Ketogene  aminozuren:  deze  aminozuren  worden  tot  acetyl‐CoA  of  acetoacetyl‐CoA  afgebroken en zijn dus in staat om ketonlichamen te vormen.   2. Glucogene aminozuren: deze aminozuren kunnen worden afgebroken tot pyruvaat of andere  intermediairen  van  de  Tca  cylcus  en  kunnen  dus  via  oxaalacetaat  de  gluconeogenese  ingestuurd worden om glucose te vormen.   Uiteindelijk kunnen de aminozuren dus energie maken, glucose maken (gluconeogenese), vetzuur  maken of ketonlichamen.     Verwijderen van de aminogroep:  1. Transdeaminatie:  deze  route  is  hetzelfde  als  boven  beschreven,  een  transaminatie  in  het  cystol en een oxidatieve deaminatie in het mitochondrium. (alpha‐ketoglutaraat accepteert  een  aminogroep  van  donor  aminozuren,  waarbij  glutamaat    gevormd  wordt.  De  glutamaat  gaat  vervolgens  het  mitochondrium  in  waar  het  oxidatief  gedamineerd  wordt  door  glutamaat dehydrogenase  om alpha‐ketoglutaraat en ammonium ionen te vormen (NH4+)  in het water ammonia.  

Intermezzo: ammonium = NH4+; ammoniak= NH3+ + H+; ammonia (ammonium in water) =   NH4+ + OH‐  2. Transaminatie:  eerst  wordt  de  aminogroep  naar  een  alpha‐ketoglutaraat  getransporteert.  Hierbij  wordt  gultamaat  gevormd.  Vervolgens  wordt  de  aminogroep  van  glutamaat  op  oxaalacetaat  geplaatst,  waarbij  aspartaat  gevormd  wordt.  Aspartaat  kan  dan  de  ureumcyclus  in  waar  het  condenseert met citrulline. Deze twee aminogroepen vormen dan samen  met CO2 ureum.      Bij afbraak van de spieren worden de aminogroepen op alanine geplaatst, via een aminotrasnferase  reactie. Hierbij wordt de aminogroep via pyruvaat naar alanine gemaakt.  

   De  alanine  zorgt  voor  een  veilig  transportmiddel  naar  de  lever  (vrije  NH4+  is  giftig!!!)  waarbij  per  trasnport 3 koolstof atomen (zie Alanine) getransporteerd wordt om aan de gluconeogenese deel te  nemen. Het doel van deze cyclus is om de koolstof atomen van aminozuren uiteindelijk in glucose om  te zetten; stikstof te elimineren als ureum en glucose terug te laten keren naar de perifere weefsels.  Een  deel  van  de  gevormde  alpha‐ketozuren  worden  werden  in  de  spieren  afgenroken  en  dus  niet  naar de lever vervoerd. In de lever wordt dus alanine met behulp van het lpha‐ketoglutaraat omgezet  in pyruvaat en glutamaat.    

 

Een  andere  manier  van  transport  van  het  koolstofskelet  is  via  glutamine,  waarbij  glutamaat  wordt  omgezet in glutamine (toevoeging NH4+), via het bloed naar de lever gaat waar het door afsplitsing  van  NH4+  weer  tot  glutamaat  gevormd  wordt.  De  NH4+  die  nodig  is  voor  deze  processen  zijn  afkomstig van glutamaat dehydrogenase.  

    Formatie van ureum door de ornithine cylcus;:  ureum  wordt  dus  in  de  lever  gevormd  uit  twee  stikstofatomen,  één  afkomstig  van  de  vrije  stikstofgroep die door transdeaminatie gevormd wordt, één afkomstig van glutamaat (via aspartaat).  Het  gebeurd  in  de  lever  hepatocyten.  De  ureumcyclus  begint  in  de  mitochondria  (eerste  twee  reacties) en de laatste 3 in het cytosol (5 reacties dus).    

 

 

 

   

Aangezien  de  gebruikte  aspartaat  in  de  ureumcyclus  ook  afkomstig  is  van  glutamaat  en  de  vrij  NH4+ ook afkostig is van glutamaat wordt ureum uit beide stikstofatomen van glutamaat gevormd.     Dus: stikstof 1 van glutamaat + NH4+ naar glutamine  glutamaat + NH4+  Stikstof 2: glutamaat + oxaalacetaat  aspartaat + alpha‐ketoglutarate (aspartaat‐malaat shuttle)    COLLEGE 15  Nu  hebben  we  alle  stofwisselingspaden  bekeken.  Het  is  essentieel  om  alles  te  begrijpen  om  de  kruispunten en intermediairen te begrijpen.  Ook de regulatie van metabolisme is essentieel, omdat  de  intermediairen  meerdere  paden  op  kunnen,  welke  niet  slechts  door  het  recht  van  de  sterkste  bepaald  worden.  Belangrijke  kruispunt  intermediairen  zijn:  G‐6‐P;  pyruvaat  en  acetyl‐CoA.  (zie  hiervoor ook je metabole kaart)    Glucose  Glucose‐6‐fosfaat  glycolyse; glycogeen; PPP  Fosfoenolpyruvaat; lactaat  Pyruvaat  lactaat; oxaalacetaat (gluconeogenese); acetyl‐coA  Vetzuurafbraak;  glycolyse,  aminozuurafbraak    Acetyl‐coA    ketonlichamen;  krebcyclus;  citraat  (vetzuursynthese); cholesterol   

    Zoals je uit bovenstaand schema kunt zien bestaat er geen omzetting van vet in koolhydraat. Klopt  dit?  1. Ja. De vetzuren die vrijkomen uit Triacylglycerollen kunnen inderdaad niet omgezet worden  in koolhydraten.   a. Acteyl coA kan niet in pyruvaat omgezet worden door te lage CO2 spanning in de  cel  b. Acetyl  coA  die  de  krebcyclus  ingaat  en  omgezet  wordt  in  oxaalacetaat  kan  niet  worden gebruikt voor gluconeogenese omdat de netto productie van oxaalacetaat  niet tot stand komt (alleen omzetting).   2. Nee. Het glyceroldeel dat vrijkomt bij afbraak van triacylglycerollen kan wel degelijk gebruikt  worden  voor  de  productie  van  koolhydraten.  Glycerol  wordt  in  dit  geval  geactiveerd  met  behulp van ATP waardoor glycerol‐3‐P gevormd wordt. De glycerol fosfaat shuttle kan deze  G‐3‐P omzetten in dihydroxy aceton fosfaat (stap in de gluconeogenese college 11.  

  De metabole profielen verschillen van per weefseltype.   1. Hersenen (neuronale cellen): energie voorziening door glucose, geen glycogeenvoorraad. Bij  vasten ketonlichamen.   2. Spier  (myocyten);  Meeste  preferentie  voor  energie  via  vetzuren.  Bij  snelle  energiebehoefte  dient glycogeen als bron, pyruvaat wordt dan lactaat.   3. Vetweefsel  (adipocyten):  de  opslagplaats  voor  energie!  bevat  grote  hoeveelheden  TAG.  Vetzuren afgebroken tot vetzuren en glycerol.   4. Lever  (hepatocyten):  de  energieleverancier  voor  andere  weefsels!  produceert  glucose  uit  eigen glycogeen of via gluconeogenese en ketogenese. De laatste twee kunnen uitsluitend  in de lever plaatsvinden (bij langdurig vasten gluceneogenese evt ook door niercortex). ook  heeft  de  lever  mogelijkheid  tot  lipogenese,  welke  dan  naar  vetweefsel  getransporteerd  wordt.     Lactaat kan bij niet‐herkauwers via de coricylcus kan dienen voor de gluconeogenese (in de lever!).  Glycerol komt ook in de lever als substraat voor gluconeogenese.   Glucogene  aminozuren  kunnen  door  middel  van  overdraging  van  de  aminogroep  op  alpha‐ ketoglutaraat omgezet worden in glutamaat en pyruvaat, waaruit weer gluconeogenese gedaan kan  worden.     Dus  3  substraten  van  gluconeogenese  bij  niet‐herkauwers:  lactaat,  glucogene  aminozuren  en  glycerol.     Bij  herkauwers  kunnen  bovengenoemde  3  stoffen  ook  als  substraat  dienen  +  proprionaat.  Alle  voedingsstoffen  worden  door  pensbacteriën  afgebroken  tot  acetaat,  butyraat  en  proprionaat  waarvan  alleen  proprionaat  geschikt  is  voor  de  gluconeogenese.  Proprionaat  wordt  via  propionyl‐ CoA  in  succinyl‐CoA  omgezet  (intermediair  kreb).  Van  de  andere  twee  worden  ketonlichamen  en  vetzuren gemaakt.     Het vervoer van vetzuren gebeurt met behulp van lipoproteïnen.     Glucose is nodig voor de opslag van vetzuren omdat de vezturen aan glycerol verbonden moeten  worden.    

Bij de integratie van metabolisme spelen hormonen een belangrijke rol. Ze binden aan receptoren op  het  celmembraan  of  diffuseren  direct  de  cel  in  waar  een  receptor  bevinft.  De  drie  belangrijkste  hormonen die een rol spelen bij metabolisme zijn: glucogon, adrenaline en insuline:      oorsprong  trigger  effect  Doelwit  Insuline  Pancreas  (alvleesklier)  Hoge  Anabool:  Glycogeen  in  (beta cellen)  glucose  stimuleert  de  lever en spier  levels  in  opslag van branstof  TAG in vetcel  bloed  en  stimuleert  Eiwitsynthese  in  eiwitsynthese  lever en spier  Glucagon  Pancreas (alpha cellen)  Lage  Katabool:  Glycogeen  in  glucose  stimuleert  afgifte  lever  levels  in  brandstof  aan  Gluconeogenese  bloed  bloed  in lever  Vetzuurafbraak in  vetcel  adrenaline  Bijniermerg/zenuweinden stress  Katabool;:  Afbraak  stimuleert  glycogeen  in  energievoorziening  spiercel  aan spier  Afgiste  vetzuren  door vetcel.     Laatste vraag van zelfstudie:    - Synthese kost meer dan afbraak oplevert: glycogeenopslag  - Metabolisme vereist initiële investering: eerste stappen glycolyse  - Synthese langs andere weg daqn afbraak: gluconeogenese  - Synthese en afbraak in ander organel: ketonlichamen  - Overdracht van de energie in een binding naar de reactie ADP  ATP: elektronentransport.     Vergeet niet de werkcolleges en voorbeeldtentamenvragen als ondersteuning   bij deze samenvatting te gebruiken!!!