XI
Inhoud 1 Biomoleculen ������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������� 1 1.1 Inleiding ��������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������� 3 1.2 Koolhydraten (suikers) ����������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������� 3 1.2.1 Monosachariden en disachariden ����������������������������������������������������������������������������������������������������������� 4 1.2.2 Polysachariden����������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������� 7 1.2.3 Glycosaminoglycanen��������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������� 9 1.2.4 Complexe suikers van de celmembraan������������������������������������������������������������������������������������������������� 10 1.3 Lipiden (vetten)������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������� 11 1.3.1 Vetzuren maken esterbindingen ������������������������������������������������������������������������������������������������������������� 13 1.3.2 Glycolipiden ��������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������� 15 1.3.3 Overige lipiden���������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������� 19 1.4 Aminozuren, peptiden en proteïnen (eiwitten)����������������������������������������������������������������������������� 20 1.4.1 Polaire en apolaire zijketens���������������������������������������������������������������������������������������������������������������������� 21 1.4.2 Peptidebinding ��������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������� 22 1.4.3 Primaire eiwitstuctuur en structuurhomologie����������������������������������������������������������������������������������� 23 1.5 Basen, nucleotiden en nucleïnezuren������������������������������������������������������������������������������������������������ 29 1.5.1 Dubbele helixstructuur������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������� 31 1.6 Enzymen zijn de katalysatoren van het metabolisme����������������������������������������������������������������� 34 1.7 Classificatie van enzymen����������������������������������������������������������������������������������������������������������������������� 37 Literatuur ������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������� 39 2 Wat is metabolisme?����������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������� 41 2.1 Inleiding ��������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������� 43 2.2 Wat is metabolisme? ��������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������� 44 2.3 Metabolisme is een groot actieterrein����������������������������������������������������������������������������������������������� 47 2.4 Metabole paden������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������� 48 2.5 Metabole flux ����������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������� 48 Anabole en katabole wegen������������������������������������������������������������������������������������������������������������������� 51 2.6 2.6.1 Katabolisme ��������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������� 51 2.6.2 Anabolisme����������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������� 53 2.7 Ribonucleotiden als metabole dragers ��������������������������������������������������������������������������������������������� 54 2.7.1 ATP��������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������� 56 2.7.2 NADH, NADPHen FADH2����������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������� 59 2.7.3 Co-enzym A����������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������� 60 2.7.4 Andere dragers����������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������� 61 2.8 Het metabolisme wordt intensief geregeld������������������������������������������������������������������������������������� 62 2.8.1 Regeling van de hoeveelheid parallel werkende enzymmoleculen ��������������������������������������������� 63 2.8.2 Regeling van de enzymactiviteit ������������������������������������������������������������������������������������������������������������� 63 2.8.3 Regeling van de toegankelijkheid van het enzym voor het substraat����������������������������������������� 65 2.8.4 Beperken van diffusieafstanden en ongewenste reacties ��������������������������������������������������������������� 65 2.8.5 Verdeling van metabole paden over celcompartimenten��������������������������������������������������������������� 66 2.9 Stofwisselingsziekten ������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������� 68 2.10 Metabool onderzoek��������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������� 71 2.11 Metabolisme op het internet����������������������������������������������������������������������������������������������������������������� 73 Literatuur ������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������� 75
XII
Inhoud
3 Glycolyse ����������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������� 77 3.1 Inleiding ��������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������� 78 3.2 Een oude heirbaan afgelijnd met wetenschappelijke mijlpalen��������������������������������������������� 78 3.3 Overzicht van de glycolyse ��������������������������������������������������������������������������������������������������������������������� 81 3.3.1 Glucoseopname in de cel��������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������� 82 3.3.2 Het chemisch mechanisme van de glycolyse��������������������������������������������������������������������������������������� 85 3.3.3 De verdere metabole bestemming van pyruvaat������������������������������������������������������������������������������� 92 3.4 Regeling van de glycolyse����������������������������������������������������������������������������������������������������������������������� 97 3.4.1 Regeling van bestaande enzymen����������������������������������������������������������������������������������������������������������� 97 3.4.2 Regeling door aanmaak van nieuwe enzymen ����������������������������������������������������������������������������������� 99 3.5 Metabolisme van fructose en galactose ������������������������������������������������������������������������������������������� 101 3.5.1 Gevolgen van toegenomen sucrosegebruik����������������������������������������������������������������������������������������� 102 3.5.2 Lactose is de voedingssuiker van zoogdierenmelk ��������������������������������������������������������������������������� 103 Literatuur ������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������� 105 4 Mitochondriale koolstofverbranding��������������������������������������������������������������������������������������� 107 4.1 Mitochondriën ��������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������� 110 4.2 Oxidatieve decarboxylering������������������������������������������������������������������������������������������������������������������� 113 4.2.1 Het pyruvaatdehydrogenasecomplex���������������������������������������������������������������������������������������������������� 113 4.2.2 Regeling van het pyruvaatdehydrogenasecomplex��������������������������������������������������������������������������� 116 4.3 Citroenzuurcyclus��������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������� 116 4.3.1 Algemeen ������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������� 116 4.3.2 Regeling van de flux van de citroenzuurcyclus����������������������������������������������������������������������������������� 120 4.3.3 Biosynthetische functies van de citroenzuurcyclus: anaplerose����������������������������������������������������� 121 4.4 Bèta-oxidatie van vetzuren��������������������������������������������������������������������������������������������������������������������� 122 4.4.1 Vetzuuropname, vetzuuractivering en vetzuurimport in de mitochondriale matrix��������������� 124 4.4.2 De eigenlijke bèta-oxidatie ����������������������������������������������������������������������������������������������������������������������� 126 4.4.3 Ketonlichamen����������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������� 129 4.4.4 Peroxisomale vetzuuroxidatie������������������������������������������������������������������������������������������������������������������� 131 4.5 Aminozuuroxidatie������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������� 133 Literatuur ������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������� 135 5 Oxidatieve fosforylering ������������������������������������������������������������������������������������������������������������������� 137 5.1 Inleiding ��������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������� 138 5.2 Overzicht van de oxidatieve fosforylering��������������������������������������������������������������������������������������� 138 5.3 Energetica van redoxreacties����������������������������������������������������������������������������������������������������������������� 140 5.4 Overzicht van de elektronentransportketen����������������������������������������������������������������������������������� 143 5.5 Eiwitcomplexen van de elektronentransportketen ��������������������������������������������������������������������� 144 5.6 Mitochondriale ATP-synthase ��������������������������������������������������������������������������������������������������������������� 148 5.7 Maximaal rendement van de oxidatieve fosforylering��������������������������������������������������������������� 149 5.8 Respiratoire ontkoppeling ��������������������������������������������������������������������������������������������������������������������� 153 5.9 Zuurstof is een potentieel gevaarlijk molecuul ����������������������������������������������������������������������������� 154 5.10 Shuttles voor cytoplasmatisch NADH������������������������������������������������������������������������������������������������� 156 5.11 Mitochondriale ziekten����������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������� 156 Literatuur ������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������� 160 6 Glycogeenmetabolisme, gluconeogenese en pentosefosfaatweg ����������������������� 161 6.1 Inleiding ��������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������� 163
Inhoud
XIII
6.2 Glycogeenmetabolisme��������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������� 165 6.3 Glycogenolyse ��������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������� 166 6.4 Glucose-1-fosfaat in lever en spieren ������������������������������������������������������������������������������������������������� 168 6.5 Glycogeensynthese ����������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������� 169 6.6 Regeling van het glycogeenmetabolisme ��������������������������������������������������������������������������������������� 171 6.7 Gluconeogenese ����������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������� 174 6.7.1 Drie bijzondere reacties������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������ 174 6.7.2 Eiwit- en vetreserve leveren belangrijke substraten��������������������������������������������������������������������������� 177 6.8 Reciproke regeling van gluconeogenese en glycolyse ��������������������������������������������������������������� 178 Glycogenosen����������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������� 182 6.9 6.10 Pentosefosfaatweg������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������� 185 6.10.1 Inleiding����������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������� 185 6.10.2 De oxidatieve fase����������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������� 186 6.10.3 Interconversie tussen pentosefosfaten��������������������������������������������������������������������������������������������������� 187 6.10.4 Transketolase en transaldolase sluiten de pentosefosfaten aan op de glycolyse��������������������� 187 6.10.5 Vier verschillende modaliteiten van werking van de pentosefosfaatweg����������������������������������� 189 Literatuur ������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������� 193 7 Vetzuur- en cholesterolsynthese������������������������������������������������������������������������������������������������� 195 7.1 Inleiding ��������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������� 197 7.2 Vetzuursynthese ����������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������� 197 7.2.1 Inleiding����������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������� 197 7.2.2 Vetzuursynthese is niet het omgekeerde van bèta-oxidatie����������������������������������������������������������� 198 7.2.3 Drie fasen van de vetzuursynthese ��������������������������������������������������������������������������������������������������������� 198 7.2.4 Vetzuursynthase maakt palmitaat����������������������������������������������������������������������������������������������������������� 202 7.2.5 Vetzuurelongatie en -desaturatie������������������������������������������������������������������������������������������������������������� 205 7.2.6 Reciproke regeling van vetzuursynthese en bèta-oxidatie van vetzuren ����������������������������������� 209 7.2.7 Van vetzuren naar triglyceriden en terug ��������������������������������������������������������������������������������������������� 209 7.3 De novo cholesterolsynthese����������������������������������������������������������������������������������������������������������������� 213 7.3.1 Inleiding����������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������� 213 7.3.2 Drie fasen in de de novo synthese van cholesterol����������������������������������������������������������������������������� 215 7.3.3 Synthese van IPPP, de geactiveerde bouwsteen��������������������������������������������������������������������������������� 215 7.3.4 Polymerisatie van IPPP tot squaleen (C30) ������������������������������������������������������������������������������������������� 216 7.3.5 Ringvorming en zijketenmodificaties����������������������������������������������������������������������������������������������������� 217 7.3.6 Synthese van andere isoprenoïden��������������������������������������������������������������������������������������������������������� 218 7.4 Afstemming van de flux van de novo cholesterolsynthese op opnamemogelijkheid van exogeen cholesterol����������������������������������������������������������������������������� 219 7.4.1 Verdeling van voedings- en de novo cholesterol over het lichaam door lipoproteïnen��������� 219 7.4.2 Relatie tussen de novo synthese en aanvoer van voedingscholesterol��������������������������������������� 224 7.4.3 Cholesterolopstapeling in de vaatwand veroorzaakt atherosclerose������������������������������������������� 227 7.4.4 Statinen remmen de enzymatische flux van HMG-CoA-reductase ����������������������������������������������� 230 Literatuur ������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������� 231 8 Vetzuur- en cholesterolafgeleiden��������������������������������������������������������������������������������������������� 235 8.1 Van vetzuren afgeleide membraanlipiden��������������������������������������������������������������������������������������� 237 8.1.1 Glycerolipiden ����������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������� 237 8.1.2 Sfingolipiden ������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������� 242 8.2 Lipid messengers���������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������� 243
XIV
Inhoud
8.3 Eicosanoïden������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������� 245 8.3.1 Prostaglandinen��������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������� 246 8.3.2 Leukotriënen��������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������� 249 8.4 Het cytochroom-P450-systeem��������������������������������������������������������������������������������������������������������������� 251 8.4.1 Een veel gebruikte chemische reactie ��������������������������������������������������������������������������������������������������� 252 8.4.2 Een grote genenfamilie������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������� 252 8.5 Van cholesterol afgeleide biomoleculen������������������������������������������������������������������������������������������� 254 8.5.1 Galzouten�������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������� 254 8.5.2 Steroïdhormonen����������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������� 255 8.5.3 Vitamine D en hiervan afgeleide stoffen����������������������������������������������������������������������������������������������� 265 Literatuur ������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������� 268 9 Aminozuurmetabolisme ������������������������������������������������������������������������������������������������������������������� 271 9.1 Inleiding ��������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������� 273 9.2 Essentiële en niet-essentiële aminozuren ��������������������������������������������������������������������������������������� 274 9.2.1 Inleiding����������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������� 274 9.2.2 De novo synthese van niet-essentiële aminozuren ��������������������������������������������������������������������������� 276 9.3 Aminozuurkatabolisme ��������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������� 280 9.3.1 Afbraak van het koolstofskelet van aminozuren��������������������������������������������������������������������������������� 280 9.3.2 Stikstof van aminozuurdegradatie wordt geëlimineerd als ureum����������������������������������������������� 284 9.4 Van aminozuren afgeleide stoffen������������������������������������������������������������������������������������������������������� 289 9.4.1 Inleiding����������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������� 289 9.4.2 Creatine, carnitine en carnosine��������������������������������������������������������������������������������������������������������������� 289 9.4.3 Heemsynthese����������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������� 291 9.4.4 Afbraak van heem����������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������� 294 9.4.5 Polyaminen����������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������� 297 9.4.6 Stikstofmonoxide (∙NO)������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������� 298 9.4.7 Catecholaminen��������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������� 300 9.4.8 Melanine ��������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������� 302 9.4.9 Serotonine en melatonine������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������� 304 9.4.10 Glutamine, glutamaat en GABA ��������������������������������������������������������������������������������������������������������������� 307 9.4.11 Thyroxine��������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������� 308 9.4.12 Histamine��������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������� 309 Literatuur ������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������� 310 10 Nucleotidenmetabolisme����������������������������������������������������������������������������������������������������������������� 315 10.1 Homeostase van ribo- en desoxyribonucleotiden ����������������������������������������������������������������������� 316 10.2 Purinesynthese��������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������� 318 10.2.1 De novo purinesynthese����������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������� 318 10.2.2 Salvageweg van purinesynthese ������������������������������������������������������������������������������������������������������������� 323 10.2.3 Antimetabolieten van de purinesynthese��������������������������������������������������������������������������������������������� 324 10.3 Pyrimidinesynthese����������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������� 326 10.4 Synthese van DNA-bouwstenen����������������������������������������������������������������������������������������������������������� 328 10.4.1 Reductie van ribose ������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������� 328 10.4.2 Synthese van dTMP��������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������� 330 10.4.3 Antimetabolieten van pyrimidininesynthese��������������������������������������������������������������������������������������� 331 10.5 Katabolisme van nucleotiden ��������������������������������������������������������������������������������������������������������������� 332
Inhoud
XV
10.5.1 Oorzaak en gevolg van jicht����������������������������������������������������������������������������������������������������������������������� 335 Literatuur ������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������� 338 11 Voeding��������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������� 341 11.1 Inleiding ��������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������� 343 11.2 Voedingsgewoonten��������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������� 345 11.3 Ondervoeding (malnutritie)������������������������������������������������������������������������������������������������������������������� 346 11.4 Essentiële en niet-essentiële voedingsstoffen ������������������������������������������������������������������������������� 348 11.5 Aanbevolen hoeveelheden��������������������������������������������������������������������������������������������������������������������� 350 11.5.1 Algemeen ������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������� 350 11.5.2 Dagelijkse waterbehoefte��������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������� 355 11.5.3 Dagelijkse energiebehoefte����������������������������������������������������������������������������������������������������������������������� 355 11.6 Macronutriënten����������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������� 358 11.6.1 Koolhydraten ������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������� 358 11.6.2 Vetten (lipiden) ��������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������� 360 11.6.3 Eiwitten������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������ 364 11.7 Micronutriënten������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������� 370 11.7.1 Mineralen��������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������� 370 11.7.2 Calcium������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������� 371 11.7.3 Fosfor ��������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������� 371 11.7.4 Zink ������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������� 372 11.7.5 IJzer������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������� 373 11.7.6 Jodium ������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������� 376 11.7.7 Fluor ����������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������� 376 11.7.8 Koper����������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������� 377 11.7.9 Selenium ��������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������� 377 11.7.10 Natrium en chloor����������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������� 380 11.7.11 Kalium��������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������� 380 11.7.12 Magnesium����������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������� 380 11.7.13 Toxische metalen������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������� 381 11.7.14 Vitaminen��������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������� 382 11.7.15 Vetoplosbare vitaminen ����������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������� 384 11.7.16 Wateroplosbare vitaminen������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������� 389 Literatuur ������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������� 396 12 Lichaamsmetabolisme ����������������������������������������������������������������������������������������������������������������������� 403 12.1 Inleiding ��������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������� 405 12.2 Energiebehoefte van organen en weefsels ������������������������������������������������������������������������������������� 406 12.3 De glucosehomeostase����������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������� 407 12.3.1 Inleiding����������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������� 407 12.3.2 Postprandiale fase����������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������� 408 12.3.3 Tussen de maaltijden����������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������� 410 12.4 Homeostase van de triglyceridenvoorraad ������������������������������������������������������������������������������������� 413 12.5 Interacties tussen glucose- en triglyceridenhomeostase����������������������������������������������������������� 414 12.6 Metabole adaptaties aan mechanische arbeid������������������������������������������������������������������������������� 419 12.7 Diabetes is een toestand van gestoorde glucosehomeostase������������������������������������������������� 422 12.7.1 Criteria voor de diagnose van diabetes ������������������������������������������������������������������������������������������������� 424
XVI
Inhoud
12.7.2 Type-1-diabetes��������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������� 426 12.7.3 Type-2-diabetes��������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������� 430 12.7.4 Diabetescomplicaties����������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������� 432 12.7.5 Monogene vormen van diabetes������������������������������������������������������������������������������������������������������������� 434 12.8 Obesitas als afgeweken triglyceridenhomeostase ����������������������������������������������������������������������� 435 12.8.1 Prevalentie van obesitas en overgewicht ��������������������������������������������������������������������������������������������� 435 12.8.2 De vetcel als mogelijk doelwit in het behandelen van obesitas����������������������������������������������������� 436 12.8.3 Obesitas: erfelijke bepaalde factoren interageren met omgevingsfactoren ����������������������������� 439 Literatuur ������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������� 440 Register��������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������� 447
http://www.springer.com/978-90-368-0619-0