Samenvatting Stofwisseling I week 1

Deze samenvatting van de colleges, werkgroepen en zelfstudies is gebaseerd op het studiejaar 2013-2014.

Hoorcollege 1

Voeding bevat bestanddelen die het lichaam nodig heeft voor de opbouw van weefsels en die nodig zijn bij verschillende syntheseprocessen. Daarnaast dienen veel van deze bestanddelen als brandstof. Door afbraak van bijvoorbeeld vetten, eiwitten en koolhydraten komt energie vrij. Deze energie gebruikt het lichaam om te kunnen functioneren. Er zijn verschillende manieren waarop de hoeveelheid energie, die een bepaald voedingsmiddel bevat, kan worden aangegeven. Deze verschillende manier zijn:

In Joule (1J = 0,24 cal)

In calorieën (1 cal = 4,2 J)

In kilocalorieën (1 kcal/Cal = 1000 cal)

Atwater factoren:

De atwaterfactoren weergeven de hoeveelheid energie die vrijkomt, wanneer één gram van een bepaalde stof wordt afgebroken. De atwater factoren van vier belangrijke bestanddelen van onze voeding zijnkoolhydraten = 4kcal/g ofwel 17 kJ/g

vetten = 9 kcal/g ofwel 38kJ/g

eiwitten = 4kcal/g ofwel 17kJ/g

alcohol = 7 kcal/g ofwel 30kJ/g

Het energiegebruik van een mens is ongeveer 100 W. Dit is ook 100 J / seconde. Een normaal dieet bevat 55% koolhydraten, 30-35% vet en 10-15% eiwit.

Het energiegebruik van een gemiddeld mens is ongeveer 100 W. Dit is ook 100 J / seconde. Omgerekend heeft een gemiddeld mens dus 2500 kcal per dag nodig. Een gezond dieet bevat 55% koolhydraten, 30-35% vet en 10-15% eiwit. Het teveel aan energie dat het lichaam via voeding binnenkrijgt, wordt in het lichaam opgeslagen. Het grootste gedeelte van deze energie wordt opgeslagen in de vorm van vet. Dit is ongeveer 97.5%. De overige 2.5% wordt opgeslagen in de vorm van koolhydraten. Energie wordt dus nooit opgeslagen in de vorm van eiwitten. Koolhydraten worden in de vorm van glycogeen in de lever (ca. 80 gram) en in de spieren (ca. 350 gram) opgeslagen. Het glycogeen dat in de spieren ligt opgeslagen kan niet opnieuw aan het bloed worden afgegeven in de vorm van glucose, Hersencellen gebruiken als energiebron alleen glucose. In totaal gebruiken zij ongeveer 150 gram glucose per 24 uur. Omdat van de opslag van koolhydraten in ons lichaam, alleen de opslag in de lever weer aan het bloed kan worden afgegeven in de vorm van glucose, zoude de glucoseopslag alleen al voor de hersenen na ongeveer 12 uur tekort schieten. Ongeveer 1/3 van de energie uit voedsel wordt gebruikt voor spierarbeid. De overige 2/3 voor basaal metabool verbruik (BMR)

Een persoon heeft een goed gewicht als zijn Quetelet index (= BMI = Body Mass Index) tussen de 18 en 25 ligt. Een BMI groter dan 30 heeft ziekelijke obesitas tot gevolg. Obesitas vormt een risicofactor voor veel verschillende aandoeningen. De belangrijkste aandoeningen waarvoor het een risicofactor vormt zijn diabetes type 2 en hypertensie. Het BMI is als volgt te bereken:

gewicht (kg) / (lengte (m) )²

Acetylco-enzym A wordt gemaakt uit alcohol, eiwitten, koolhydraten (suikers) en vetzuren. Zodra koolhydraten zijn omgezet in acetyl co-enzym A, kunnen zij niet meer terug worden omgezet in glucose, dus moet dit aangevoerd blijven worden voor cellen en weefsels die voor hun energievoorziening alleen afhankelijk zijn van glycolyse. Acetyl co-enzym A kan wel weer worden omgezet in vetzuren. Het teveel aan energie wordt dan ook voornamelijk opgeslagen in de vorm van vet.

Acetyl co-enzym A , ook wel geactiveerd azijnzuur genoemd, wordt verder afgebroken in de citroenzuurcyclus (TCA cyclus). Vanuit de TCA cyclus wordt met behulp van een elektronentransportketen ATP gevormd. De producten die overblijven zijn water en koolstofdioxide.

Werkgroep 1

Een maaltijd die bestaat uit een cheeseburger, small French Fries, Grilled Chicken Bacon Ranch Salad en een Coca-Cola classic (medium) bevat de volgende voedingscomponenten:

• koolhydraten = 135 gram. Atwater factor: 4kcal/g , dus 135 x 4 = 540 kcal

• vetten = 34 gram. Atwater factor: 9 kcal/g, dus 34 x 9 = 306 kcal

• eiwitten = 50 gram. Atwater factor: 4 kcal/g, dus 50 x 4 = 200 kcal

Het totale aantal calorieën die deze maaltijd bevat is 1046 kcal ofwel (1046 kcal x 4,2 = ) 4393,2 kJ

Een baby heeft een dagelijkse energiebehoefte van 600 kcal. De maaltijd hierboven is 174% van de energiebehoefte. Een student met een energiebehoefte van 2500 kcal vult met deze maaltijd 42% van die energiebehoefte. Een bouwvakker die 3500 kcal per dag eet, voorziet met deze maaltijd 30% van zijn energiebehoefte. Voor een bejaarde is de energiebehoefte voor 52% gevuld met deze maaltijd. Een bejaarde heeft een energiebehoefte van 2000 kcal.

Alleen de cheeseburger al levert 308 kcal. Het getal dat volgt uit de som van koolhydraten, vetten en eiwitten die Mc Donalds aangeeft kloppen niet met de energiewaarde die Mc Donalds in totaal aangeeft. Mc Donalds beweert dat de cheeseburger 310 kcal bevat, hoewel het er 308 zijn. Het verschil is 2 kcal.

• koolhydraten = 35 gram Atwaterfactoren = 4 kcal/g, dus 35 x 4 =140 kcal

• vetten = 12 gram Atwaterfactoren = 9 kcal/g, dus 12 x 9 =108 kcal

• eiwitten = 15 gram Atwaterfactoren = 4kcal/g, dus 15 x 4 = 60 kcal

• totale kcal = 140 + 108 + 60 = 308 kcal

Een Coca Cola classic medium bevat 58 gram aan koolhydraten, verder geen eiwitten of vetten. Volgens de Atwaterfactoren is dat (58 x 4 =) 232 kcal. Mc Donalds geeft aan dat een Coca Cola classic medium 210 kcal bevat. Dit is 22 kcal naast de berekende waarde. Orange juice bevat 42 gram koolhydraten en 3 gram eiwitten. 42 x 4 + 3 x 4 = 180 kcal volgens de Atwater factoren. Diet coke bevat geen calorieën, doordat het een koolhydraten, vetten en eiwitten bevat. De student neemt het minst extra energie op door de Diet coke bij de cheeseburger te drinken. De meeste energie neemt hij op door de Coca Cola classic medium erbij te kiezen.

Als een man van 75 kilogram de bovenstaande maaltijd opheeft en rustig gaat zitten, kan hij dat 10,46 uur doen om alle energie die deze maaltijd heeft geleverd te verbruiken. Zijn energieverbruikbij rustig zitten is namelijk 100 kcal per uur. Gaat deze man na het eten wandelen met een snelheid van 4 km/uur, dan verbuikt hij de energie die de maaltijd hem levert in 4,89 uur. Zijn energieverbruik is dan 210 kcal/uur. Als dezelfde man na de maaltijd gaat hardlopen met een snelheid van 16 km/uur, dan kan hij 1,16 uur blijven rennen van de energie die de maaltijd hem heeft geleverd. Zijn energieverbruik is dat 900 kcal /uur. Met één uur wandelen verbruikt de man 110 kcal meer dan dat hij één uur zit.

De voedingscomponenten vetten en koolhydraten worden al in de mond (deels) afgebroken door het eiwit amylase dat aanwezig is in het speeksel uit de speekselklieren. De afbraak van eiwitten begint pas in de maag. Eiwitten worden afgebroken tot aminozuren. Deze worden uiteindelijk opgenomen in de enterocyten en via deze cellen komen zij in het poortaderstelsel terecht Koolhydraten bestaan uit vele monosachariden. In het verteringsstelsel worden de polysachariden afgebroken tot monosachariden en daarna door de enterocyten in de darmwand opgenomen. Vanuit de enterocyten komt glucose in de bloedbaan terecht. De afbraak van vetten begint in de mondholte. In het speeksel is namelijk een kleine hoeveelheid lipase aanwezig. Deze afbraak is echter zeer gering. Daarom wordt vaak aangenomen dat de afbraak van vetten begint in de maag. Door hydrolyse ontstaan uit triglyceriden vetzuren en glycerol. Niet alle vetten worden voor opname in de enterocyten afgebroken tot vrije vetzuren en glycerol. Sommige triacyl glyceriden worden gehydrolyseerd tot 2-monoacetyl glycerols (2-MAGs). of 1-monoacetyl glycerold (1-MAGs)Kleine vetzuurketens en glycerol worden door de enterocyten heen getransporteerd en opgenomen in de bloedbaan. De 2-MAGs, 1-MAGs en grotere vertzuren worden opgenomen in de enterocyten en vanuit daar , verpakt in chylomicronen, via het lymfevatenstelsel getransporteerd.

Insuline wordt geproduceerd door -cellen in de eilandjes van Langerhans. in de pancreas Een hoge concentratie glucose in het bloed zorgt voor het vrijkomen van de insuline. Het insulinesignaal zorgt ervoor een verhoogde opname van glucose in verschillende lichaamcellen. In de levercellen (hepatocyten) stimuleert insuline de omzetting van glucose in glycogeen. In spiercellen (myocyten) stimuleert insuline de opslag van glucose in de vorm van glycogeen. In vetcellen (adipocyten) zorgt een insulinesignaal voor meer opslag van glucose in de vorm van vet Door afgifte van insuline zal de concentratie glucose in het bloed weer dalen.

Glucagon wordt ook in de eilandjes van Langerhans gemaakt, alleen dan in de -cellen. De eilandjes van Langerhans bevinden zich in de alvleesklier. Bij een te lage bloedsuikerspiegel komt extra glucagon vrij. Glucagon heeft ook nog een standaard afgifte die niet afhankelijk is van de bloedsuikerspiegel. Dit hormoon heeft de tegenovergestelde werking van insuline, Het stimuleert juist de afbraak van glycogeen. Het hormoon zorgt er dus uiteindelijk voor dat de concentratie glucose in het bloed weer toeneemt.

Adrenaline wordt gemaakt in de bijnieren onder invloed van stress, trauma, langdurige inspanning en fight-or-flight response. Dit hormoon heeft een vergelijkbare werking als glucagon. Het zorgt er ook voor dat de glucose concentratie in het bloed weer toeneemt.

Insuline, glucagon en adrenaline brengen hun boodschappen over door endocriene signalering. Cellen in de spieren en de lever reageren sterker op een signaal door adrenaline. Cellen in de lever reageren sterker op glucagon. De lever heeft meer receptoren voor glucagon dan voor adrenaline. Spiercellen hebben geen receptoren voor glucagon. In spiercellen wordt met een glucagonsignaal dus ook niks gedaan.

Practicum Glucose Tolerantie Test (GTT)

De weefsels of cellen die alleen glucose kunnen verbranden zijn

• Hersenen. Vetten kunnen de bloed-hersenbarrière niet passeren. Er zijn wel mitochondriën, dus de gehele verbranding van glucose kan plaatsvinden. Er is geen opslag van vetten of glycogeen.

• Rode bloedcellen. Erytrocyten hebben geen mitochondriën en eiwitten om glucose te verbranden. Zonder mitochondriën en dus zonder TCA cyclus kunnen eiwitten en vetten niet verbrand worden. Glucose kan wel voor een deel verbrand worden in de glycolyse. Erytrocyten zij dus voor hun energievoorziening afhankelijk van de glycolyse, waarbij netto twee ATP vrijkomt.

Een molecuul glucose levert bij omzetting tot melkzuur via de glycolyse twee ATP op. Een molecuul glucose levert via glycolyse, citroenzuurcyclus en oxidatieve fosforylering in totaal 30 tot 32 ATP moleculen op. Vroeger werd aangenomen dat dit 36-38 ATP moleculen waren, maar er verdwijnen ook wel eens protonen, waardoor de verhouding gepompte protonen: ATP geen 1:1 meer is. Bij de complete reactie oxideert glucose tot H₂O en CO₂.

Glucagon gaat werken bij hypoglycemie (te laag glucosegehalte in het bloed). Glucagon bevordert de glycogenolyse als volgt:

• glucagon bindt aan een receptor op celmembraan.

• receptor activeert G-eiwit, waardoor G-eiwit GDP inruilt voor GTP.

• de -subunit van het G-eiwit activeert adenylyl cyclase. ATP wordt omgezet tot ADP.

• adenyl cyclase produceert cyclisch AMP (cAMP).

• 2 moleculen cAMP gaan op één remmend subunit van een inactief protein kinase A zitten, waardoor dit eiwit geactiveerd wordt tot active protein kinase A . Het brengt 3 verschillende reacties op gang:

  • glycogeen synthase a wordt inactief gemaakt tot glycogeen synthase b ten koste van een ATP molecuul.

  • inhibitor 1 gaat van inactieve naar actieve staat. ATP wordt omgezet in ADP.

    • phosphorylase kinase b wordt geactiveerd tot phosphorylase kinase a. Dit kost ook een ATP.In actieve staat verandert phosphorylase a glycogeen in glucose-1-fosfaat (Glc-1-P) wat glucose kan worden.

• Phosphorylase a kan natuurlijk ook weer inactief gemaakt worden tot phosphorylase-b. Dit doet het eiwit phosphoprotein phosphatase. Dit eiwit wordt geremd door actief inhibitor 1

Het glycogeen kan in twee verschillende routes omgezet worden in glucose:

1. Glycogeen phosphorylase zet glucose om in glucose-1-fosfaat. Dit wordt door phosphoglycomutase omgezet in glucose-6-fosfaat. Dit is een isomerisatie reactie. Vervolgens wordt glucose-6-fosfaat omgezet in glucose, doordat glucose-fosfatase de fosforgroep verwijderd.

Het enzym transglycosylase haalt de aftakking van glycogeen af. Glucosidase zet dit vervolgens om in glucose. Hierbij verbruikt het water

De glycaemische index is de snelheid waarmee koolhydraten in de darm worden verteerd en als glucose in het bloed worden opgenomen. Wanneer een bepaald koolhydraat een hoge glycemische index heeft, wordt deze relatief snel verteerd. Als gevolg hiervan wordt het glucose snel in het bloed opgenomen. Een koolhydraat met een hoge glycemische index zorgt dus voor een snelle stijging van de bloedsuikerspiegel. Een koolhydraat met een lage glycemische index wordt relatief langzaam verteerd. Als gevolg hiervan wordt glucose geleidelijk in het bloed opgenomen. De bloedsuikerspiegel stijgt langzamer, maar de stijging houdt wel lang aan. Het duurt langer voordat deze weer op zijn normale waarde zit.

Bij een GTT moeten de proefpersonen nuchter zijn, omdat dan de normale, evenwichtige suikerspiegel gemeten kan worden. De gevolgen van een koolhydraatbelasting op de bloedsuikerspiegel kun je dan goed meten.

De glucoseconcentratie in mmol/L zou 66,7 mmol/L zijn wanneer een belasting van 60 gram koolhydraten in 5 L bloed beland, zonder dat het opgenomen wordt.

Glucose heeft als molecuulformule C₆H₁₂O₆ en telt in totaal 180 u. 1 mol glucose komt dan overeen met 180 gram glucose.

60 gram glucose komt overeen met 0,33 mol.

0,33 x 10³ mmol / 5 L geeft 66,7 mmol/L

Bij verschillende koolhydraatbelastingen kun je in een grafiek verschillende curven zien. van de glucoseconcentratie gedurende een bepaalde tijd Dit komt doordat verschillende belastingen verschillende hoeveelheden koolhydraten bevatten. Ook komt dit doordat de belastingen andere soorten koolhydraten bevatten met een verschillende glycemische index.

Aan 1,0 ml serum 20 units radioactief gemerkt insuline wordt een hoeveelheid anti-insuline toegevoegd dat aan 15units insuline kan binden. Na centrifugeren is er nog maar de helft van de radioactiviteit aanwezig. De insuline concentratie in het serum is dan 10units/mL, want de helft van de radioactief gemerkte insuline verdwijnt. Dat zijn 10units. Er blijven dan nog 5 units over die aan normaal insuline kunnen binden. De verhouding radioactieve units insuline tegenover de niet radioactieve units insuline is 2:1. In totaal zijn er 20 radioactieve,units dus moeten er 10 niet radioactieve units zijn.

Bij diabetes Mellitus is er sprake van een verlaagde opname van glucose uit het bloed. Dit kan verschillende redenen hebben. Het kan zijn dat er geen of een verlaagde hoeveelheid insuline wordt geproduceerd. Daarnaast kan het zin dat de cellen resistent zijn voor insuline. De belastingscurve van een patiënt met diabetes die de GTT heeft gedaan, zal er daarom anders uitzien. Dit persoon zal een hogere nuchter waarde hebben. Na inname van de belasting stijgt de glucoseconcentratie in het bloed tot een hoger niveau dan normaal (soms tot boven 10 mmol/L. Vervolgens daalt de veel langzamer.

De belangrijkste bron voor insuline dat voor therapeutische doeleinden wordt gebruikt komt uit bacteriën en gisten, die door recombinant DNA techniek gekloonde genen hebben gekregen die insuline produceren.

Wanneer een persoon met een nuchterwaarde van 80 mg/dl gaat eten, kan de bloedsuikerspiegel stijgen tot 120 mg/dl. De toename van de glucoseconcentratie in het bloed is toe te schrijven aan het feit dat het glucose in het bloed wordt opgenomen, maar er nog niet genoeg insuline is gemaakt om cellen de glucose snel te laten opnemen. Na een tijdje zakt de bloedsuikerspiegel weer, omdat er dan wel genoeg insuline is die de cellen stimuleert het glucose uit het bloed te halen. Soms treedt er een “overshoot” op waarbij de bloedsuikerspiegel onder de nuchterwaarde komt. Er is dan nog veel insuline aanwezig, maar de glucoseconcentratie in het bloed is alweer laag geworden. De aanwezige insuline stimuleert de cellen nog steeds tot opname van glucose. Hierdoor daalt de glucoseconcentratie tot onder de nuchter waarde. De bloedsuikerspiegel zal zich vervolgens weer hertstellen tot de nuchter waarde. Dit komt doordat glucagon het tekort aan glucose weer in het bloed brengt. De bloedsuikerspiegel is dan weer in evenwicht.

Tussencollege

Glucose en vetzuren zijn de belangrijkste brandstoffen voor het menselijk lichaam. In sommige weefsels is glucose zelfs de enige brandstof. Dit is het geval in rode bloedcellen en in hersencellen. In rode bloedcellen zijn geen mitochondriën aanwezig waardoor zij volledig afhankelijk zijn voor hun energievoorziening van glycolyse, dat plaatsvindt in het cytosol. Hersencellen zijn afhankelijk voor hun energievoorziening, doordat vetzuren de bloed-hersenbarrière niet kunnen passeren.

Een deel van de energie uit glucose komt vrij tijdens de glycolyse. Dit proces vindt plaats in het cytoplasma. Het is een anaeroob proces waarbij één glucosemolecuul wordt omgezet in twee moleculen pyrodruivenzuur. Dit levert netto twee moleculen ATP op. De rest van de energie uit glucose komt vrij tijdens de TCA-cyclus. Hier worden de moleculen pyrodruivenzuur omgezet in acetyl co-enzym A en vervolgens verder afgebroken tot CO₂ en H₂O. Dit proces vindt plaats in de mitochondriën. Bij de afbraak van pyrodruivenzuur tot CO₂ en H₂O is zuurstof nodig. Er is dus sprake van een aeroob proces.

dagelijkse behoefte aan glucose is ongeveer 200 gram. Hiervan wordt 80% gebruikt door de hersenen. De rest gaat naar de rode bloedcellen. Het lichaam komt op verschillende manieren aan deze vraag tegemoet:

• Directe opname van glucose uit het voedsel

• Omzetting van glycogeen in glucose in de lever, waarna het glucose aan het bloed wordt afgegeven. Dit zorgt voor stijging van de glucose concentratie in het bloed. Het glycogeen in spieren zorgt niet voor een stijging van de glucoseconcentratie in het bloed, doordat de spiercellen geen enzymen bevatten die de fosfaatgroep van glucose-6-fosfaat kunnen afsplitsen. Het glycogeen in de spiercellen kan alleen gebruikt worden voor de energievoorziening van de spieren zelf.

• Nieuwe synthese van glucose in de lever. Dit proces wordt gluconeogenese genoemd.

Glucose in de darm wordt opgenomen door de Na⁺-gekoppelde glucose symporters aan de apicale zijde van de enterocyten. Deze symporters worden SGLT-1 genoemd. Het Na⁺-K⁺-ATPase houdt de concentratie natrium in de cel laag, waardoor het transport van glucose en natrium via SGLT-1 kan plaast vinden. De Na⁺-K⁺-ATPase verbruikt ATP om de natriumconcentratie in de cel laag te houder. Er is dus sprake van actief transport. Aan de basolaterale zijde van de enterocyten is GLUT-2 aanwezig. Via deze transporters verlaat het glucose door middel van diffusie de cel en komt in het bloed terecht. Er is hier dus sprake van passief transport.

Wanneer de glucoseconcentratie in het bloed te laag wordt, stimuleert glucagon de omzetting van glycogeen in glucogon. Dit proces wordt glycogenolyse genoemd en vindt plaats in de lever. De receptor van glucagon is een GTP-bindend eiwit. Bij binding van glucagon aan de receptor wordt GTP gebonden. Hierdoor worden de subunits geactiveerd. Vervolgens wordt adenylyl cyclase geactiveerd. Deze zet ATP om in cAMP. Door binding van twee moleculen cAMP aan de inactieve vorm van protein kinase A, wordt deze geactiveerd. Dit eiwit zorgt er voor dat inhibitor 1 wordt geactiveerd, phosphorlylase kinase B wordt omgezet in de actieve vorm phosphorylase kinase A en dat het actieve glycogeen synthase A wordt omgezet in het inactieve glycogeen synthase B. Phosphorylase kinase A zet het inactieve phosphorylase B om in het actieve phosphorylase A. inhibitor 1 remt phophoprotein phophatase dat het phosphorylase A weer inactief maakt. Het phosphorylase A zorgt voor de omzetting van glycogeen in glucose-1-fosfaat.Dit kan vervolgens worden omgezet in glucose. Een andere manier waarop ook glucose ontstaat is als het enzym transglycosylase de aftakking van glycogeen afhaalt. Glucosidase zet dit vervolgens om in glucose.

Glycogenolyse kan ook gestimuleerd worden door adrenaline. Adrenaline bindt aan een α-adrenerge receptor. Hierdoor wordt phospholipase C geactiveerd. Deze zorgt op twee manieren stimulatie van eiwit fosforylering. Enerzijds activeert het protein kinase C, anderzijds opent het de Ca²⁺ kanalen, waardoor calmoduline zich kan binden aan Ca²⁺ en het ^Ca2+-calmoduline afhankelijke kinase activeert. Calmoduline activeert daarnaast ook het phosphorylase kinase activeert, wat uiteindelijk leidt tot de omzetting van glycogeen in glucose.

Onder invloed van epinephrine wordt de glycogenolyse in de spieren gestimuleerd. Epinphrine bindt aan een β-adrenerge receptor. Als gevolg hiervan wordt er meer cAMP geproduceerd. Dit activeert PKA. Vervolgens wordt door PKA phosphorlylase kinase geactiveerd. Dit zorgt uiteindelijk voor de omzetten van glycogeen in glucose. In de spier is geen glucose-6-fosfatase aanwezig. Hierdoor kunnen spiercellen glycogeen alleen omzetten voor eigen gebruik.

In een periode van lang vasten kan de lever ook zelf glucose produceren. Dit proces wordt gluconeogenese genoemd. Bij dit proces worden melkzuur, aminozuren en glycerol omgezet tot glucose.

De afgifte en opname van glucose in het lichaam is sterk gereguleerd door de hormonen glucagon en insuline. Zij zorgen er voor dat de glucoseconcentratie van het bloed rond een bepaalde waarde blijft. Glucagon wordt geproduceert in de α-cellen van de eilandjes van Langerhans in de alvleesklier. Insuline wordt geproduceerd door de β-cellen van de eilandjes van Langerhans in de alvleesklier. Wanneer de glucoseconcentratie in het bloed hoog is, is er sprake van glucose influx via de GLUT-2 receptoren in de β-cellen. Hierdoor stijgt het glucose metabolisme in deze cellen. De ATP/ADP ratio neemt toe. Hierdoor worden de ATP-gevoelige K⁺ kanalen gesloten. Dit heeft depolarisatie van de cel tot gevolg, waardoor de Ca²⁺ kanalen worden geopend. De concentratie Ca²⁺ in de cel neemt toe. Hierdoor wordt de secretie van vesicles met insuline gestimuleerd. Door een verhoogde glucoseconcentratie van het bloed wordt de insuline afgegeven. Verschillende effecten van glucagon zijn:

• Glycogenolyse neemt toe.

• Gluconeogenese neemt toe.

• Lipolyse neemt toe.

• Ketogenese neemt toe.

De verschillende effecten van insuline zijn:

• Glycogeen synthese in de lever en spieren neemt toe.

• Opname van eiwitten en eiwitsynthese in de lever en in de spieren neemt toe.

• GLUT-4 transporters worden naar het celmembraan van spier en vetcellen getransporteerd waardoor de glucose-import toeneemt.

• De vetsynthese in de lever en vetcellen neemt toe.

• Het transport van VLDL van de lever naar omliggend vetweefsel neemt toe.

Hypoglycemie

Er is sprake van hypoglycemie wanneer glucoseconcentratie in het bloed kleiner wordt dan 4mM. Dit kan het geval zijn wanneer een grote sportprestatie geleverd moet worden, in periodes van vasten, door een te grote hoeveelheid insuline toe te dienen of door veelvuldig alcohol gebruik. Bij de afbraak van alcohol wordt namelijk veel NADH geproduceerd. Dit remt de gluconeogenese.

Diabetes Mellitus

Bij diabetes mellitus is er sprake van hyperglycemie. Er zijn twee vormen van diabetes, die verschillende oorzaken hebben voor de hyperglycemie.

• Type 1: Er is geen secretie van insuline

• Type 2: Er is een verlaagde secretie van insuline of er is sprake van insuline resistentie.

Als gevolg hiervan is er geen of een verlaagde glucose opname. Dit zorgt voor een verhoging van de glucoseconcentratie in het bloed. De cellen hebben een tekort aan glucose. Hierdoor is er een verhoogde afgifte van glucagon. Hierdoor worden de glycogenolyse en gluconeogenese gestimuleerd. De concentratie van glucose stijgt hierdoor nog meer.

Glycemische index

Zegt iets over de snelheid waarmee koolhydraten worden opgenomen en een effect hebben op de bloedsuikerspiegel.

Antwoorden Zelfstudie 1

Exocriene enzymen komen uit speekselklieren, maagslijmvlies, alvleesklier en uit het darmkanaal. Dit zijn exocriene enzymen, die in ons maag-darmkanaal zijn betrokken bij de afbraak:

• amylase: speekselklieren en pancreas. Speelt een rol bij de afbraak van koolhydraten.

• lipase: speekselklieren, maag en pancreas. Speelt een rol bij de afbraak van vetten.

• Fosfolipase: pancreas. Speelt een rol bij de afbraak van vetten.

• Cholesterolesterase: pancreas. Speelt een rol bij de afbraak van vetten. Pepsine: maag, Speelt een rol bij de afbraak van eiwitten.

• propeptidases: pancreas. Speelt na activatie door tripsine een rol bij de vertering van eiwitten.

• enteropeptidases: dunne darm. Speelt een rol bij de afbraak van eiwitten

• dissacharidases:dunne darm. Speelt een rol bij de afbraak van disachariden in monosachariden.

Polysachariden worden eerst afgebroken tot monosachariden. Ze worden op drie manieren in de enterocyt opgenomen. Ten eerste kunnen ze worden opgenomen door diffusie. Dit gaat zeer langzaam. Via een sodium-dependent glucose transporter kan glucose ook in de cel komen. Dit eiwit bindt aan glucose of galactose en aan Na⁺. Beide worden naar het cytosol van de enterocyt getransporteerd. Het Na⁺ wordt met zijn concentratiegradiënt mee vervoerd. Om het transport mogelijk te maken, wordt de natrium concentratie in de cel laag gehouden door middel van een Na/K-ATPase. De Na/K ATPase pompt Na⁺ uit de cel en pompt K⁺ de cel in. Hierbij wordt ATP verbruikt. Dit proces kost dus energie. Dit transport is daarom een indirect actief proces. Tenslotte kan glucose ook opgenomen worden door een natrium onafhankelijke transporter. Membrane-associated glucose transporter GLUT-5 helpt fructose de enterocyt in. door middel van diffusie Uiteindelijk diffunderen de monosachariden de cel uit via GLUT-2 transporters. Op deze manier komt glucose in de bloedbaan terecht.

Vetzuren worden afgebroken tot vetzuren en glycerol of worden omgezet tot MAGs (glycerol met één vetzuur). Galzouten zorgen ervoor dat de vetten micellen gaan vormen, waardoor ze beter door een waterige omgeving (zoals) het darmkanaal, getransporteerd kunnen worden. Vetten worden door diffusie opgenomen in de enterocyten. Vetten die geheel niet oplosbaar zijn worden weinig opgenomen. Korte vetzuurketens van minder dan tien koolstofatomen, kunnen via de epitheelcellen naar de poortader diffunderen. Ook glycerol diffundeert rechtstreeks door de cel heen en komt in de bloedbaan terecht, Vetzuren van meer dan 12 koolstofatomen diffunderen ook de door het celmembraan de cel in, maar ondergaan daar een verdere verwerking. Zij binden aan een vetzuur binding protein op het endoplasmatisch reticulum en worden het ER in getransporteerd, waar van vetzuren weer triglycerides (TAGs) worden gemaakt. Het glycerol dat nodig is om de triglycerides te maken, komt uit 2-MAGs en 1-MAGs.. De gevormde TAGs worden samen met een kleine hoeveelheid eiwitten via exocytose de cel uit getransporteerd. Deze blaasje worden chylomicronen genoemd en worden vervoerd in het lymfevatenstelsel.

Een levercel (hepatocyt) heeft GLUT-3 en GLUT-2 transporters op zijn membraan. Alle cellen hebben GLUT-3 transporters. Deze transporters kunnen bij een lage concentratie glucose opnemen om de cellen in ons lichaam aan hun energiebehoefte te laten voldoen. GLUT-2 kan heel snel grote hoeveelheden glucose in de cel transporteren, wanneer de glucoseconcentratie in het bloed hoog is. Dat de lever zo'n receptor heeft is logisch, want de lever is een orgaan dat veel glucose opslaat in de vorm van vet of glycogeen. Dit doet de lever om de bloedsuikerspiegel op peil te houden Wanneer de glucoseconcentratie in het bloed dus een hoge waarde bereikt, worden deze transporters werkzaam. Door hun snelle werking, zal er snel veel glucose worden opgenomen, waardoor de glucoseconcentratie in het bloed snel weer daalt. De GLUT-2 transporters zijn ook aanwezig op de β-cellen van de pancreas. Voor deze cellen is het ook van belang te reageren op een hoge glucoseconcentratie, waardoor zij insuline kunnen afgeven. Daarnaast is de GLUT-2 transporter aanwezig in de cellen van de dunne darm, op de glucose uit de cel te transporteren naar de bloedbaan.

Er zijn 5 verschillende GLUT transporters en 2 SGLT transporters. SGLT transporters zijn symporters en transporteren tegelijkertijd Na⁺. Dit kost energie. GLUT transporters zijn uniporters en kosten geen energie. De verschillende glucose transporters staan hieronder in de tabel vermeld.

Glycolyse vindt plaats in alle cellen van het lichaam. Bij glycolyse komen twee moleculen ATP vrij. Daarnaast worden ook twee moleculen NADH geproduceerd. Deze worden echter ook weer gebruikt bij de omzetting van de twee gevormde moleculen pyruvaat in lactaat en acetyl-coA. Erytrocyten zetten het gevormde pyruvaat om in lactaat, omdat het pyruvaat niet verder kunnen afbreken. Rode bloedcellen bevatten namelijk geen mitochondriën. Lactate dehydrogenase (LDH) katalyseert pyruvaat tot lactaat doordat er NADH + H⁺ ontstaat en NAD⁺ regenereert. NAD+ is een co-factor voor glycolyse. Zonder NAD+ kan glycolyse niet plaatsvinden.

B₁, B₂ (riboflavin), B₃, B₅, B₆, B₁₂, folaat (zout van foliumzuur), vitamine H en vitamine C zijn in water oplosbare vitaminen. In vet oplosbare vitaminen zijn A, D, E en K. Vitamine H, B₁, B₆, B₁₁, B₁₂ en folaat zijn als co-factor direct betrokken bij ons energie metabolisme.

Acetyl CoA komt de citroenzuurcyclus binnen en bindt aan oxaalacetaat, waardoor citraat ontstaat. Daarna wordt in 7 andere stappen acetyl CoA verbrand en blijft oxaalacetaat over om weer te binden aan acetyl CoA. Oxaalacetaat wordt bij de TCA-cyclus dus niet verbruikt, maar is wel nodig om de reactie te laten plaatsvinden. In de TCA-cylcus komen 3 NADH + H⁺moleculen, 1 FADH₂ molecuul en 1 GTP vrij.

De reactievergelijking voor de citroenzuurcyclus ofwel TCA cyclus is:

acetylCo A + 3 NAD⁺ + FAD + GDP + H₂O → CoA + 3 NADH + H⁺ + FADH₂ + GTP

Oxidatieve fosforylering is het proces waarbij de oxidatie van gereduceerde nucleotiden co-enzymen wordt verbonden met ATP synthese. Het heet zo omdat fosfaatverbindingen geoxideerd worden. ADP wordt geoxideert tot ATP. De route die elektronen doorlopen tijdens oxidatieve fosforylering staat in onderstaande tabel aangegeven:

Ontkoppelaars zorgen ervoor dat protonen vanuit de ruimte tussen het binnenste en buitenste membraan teruggaan naar de matrix zonder door de ATP makende tol te gaan. Dit gebeurt door gaatjes in het binnenmembraan. Giftige stoffen maken die gaatjes. Er vormt zich veel warmte in de cel, maar geen ATP. Dit proces is niet voordelig en niet nuttig, behalve bij een winterslaap. Dieren die een winterslaap houden maken speciale kanaaltjes in hun membraan. Dit gebeurt niet door giftige stoffen.

Hoorcollege 2

Zetmeel bestaat uit een netwerk van glucoseresiduen. Sacharidases breken koolhydraten. af tot monosachariden Eiwitten bestaan uit aminozuren die verbonden worden door peptidebindingen. Peptidases breken deze eiwitten afdoor depeptide verbindingen te verbreken. Voorbeelden van peptidasen zijn pepsine, trypsine, chymotrypsine, tri-en di- peptidasen. Vetten bestaan uit een glycerolmolecuul met drie restzuurstaarten. Dit is triglyceride, of triacylglycerol. Lipases breken vetten af, waarbij vetzuren van de triglyceriden afgehaald worden Verzadigde en onverzadigde vetzuren zijn qua energieopbrengst ongeveer gelijk.Alcohol, koolhydraten, eiwitten en vetzuren worden na opname allen omgezet in acetyl CoA. Alleen vetzuren kunnen vanuit acetyl CoA weer worden omgezet in vetzuren. Uit acetyl CoA wordt vervolgens in de TCA cyclus door verdere afbraak tot H2O en CO2 energie gehaald. Voor dit proces is zuurstof nodig. Glycolyse is de enige vorm van energievoorziening waarvoor geen zuurstof nodig is.

Vertering

Speeksel uit speekselklieren bevat enzymen (amylase en lingual lipase). Het speeksel verdeelt het voedsel gelijkmatig, werkt als een smeer en begint aan de vertering koolhydraten en vetten. De speekselproductie komt op gang door de zenuwbanen als je voedsel ziet en ruikt.

In de maag wordt pepsine geproduceerd. Hier begint de afbraak van eiwitten. De cellen worden aangestuurd via zenuwbanen om dit enzym te produceren. Pepsine wordt in inactieve vorm, pepsinogeen, gemaakt en kan op twee manieren geactiveerd worden:

• de inactieve delen worden eraf geknipt door enzymen.

• actieve pepsine activeert naburige inactieve pepsine.

De maag produceert ook twee hormonen, gastrine en histamine. Deze hormonen komen in de bloedbaan terecht en hebben hun werken op de cellen in de maag die zorgen voor het zure milieu. Het zure milieu zorgt voor denaturatie van de eiwitten.

Vervolgens komt het voedsel in het duodenum. Hier worden de meeste enzymen toegevoegd. De endocriene cellen in de twaalfvingerige darm, duodenum, maken:

• secretine: stimuleert afgifte van HCO₃^- door de pancreas. Dit neutraliseert de zure voedselbrij.

• CCK (cholecystokinine): instimuleert de pancreas tot de enzymproductie van proteases, amylases (verteren koolhydraten) en lipases en zorgt voor de contractie van de galblaas waardoor er gal bij het voedsel komt. Gal ligt opgeslagen in de galblaas en bestaat uit galzure zouten.

In de wand van de dunne darm wordt enterokinase gemaakt dat de trypsine uit de pancreas activeert door er een stukje van af te halen. Ook activeert actief trypsine inactief trypsinogeen Trypsine is een enzym dat eiwitten afbreekt. Het wordt in de pancreas is inactieve vorm geproduceerd, zodat het de pancreas zelf niet aantast.

Op het oppervlak van de dunne darm steken verschillende enzymen naar buiten. Door deze enzymen worden koolhydraat dimeren verteerd tot monosachariden. en di/tripeptiden afgebroken tot monopeptiden

Opname

De verteerde bestanddelen worden via specifieke routes opgenomen. De dikke darm absorbeert vloeistof en ionen die zijn ontstaan door opgeloste zouten. Ook neemt de dikke darm de producten van bacteriën in de dikke darm op.

Gassen als CO2 en O2 kunnen gemakkelijk door het membraan heen diffunderen, net als vetzuren. Kleine ongeladen apolaire stoffen kunnen dit ook. Polaire moleculen hebben hier veel meer moeite mee. Geladen moleculen kunnen nooit door het membraan heen. Niet alle voedingstoffen kunnen dus door het membraan heen diffunderen. Daarom zijn er in het membraan eiwitten aanwezig die een functie hebben als transport systemen. De verschillende soorten systemen zijn::

• protonpomp ofwel ATP powered pump: ionentransport door hydrolysatie van ATP. Een protonenpomp heeft energie nodig in de vorm van ATP, maar kan dan wel tegen de concentratiegradient in pompen. Er is sprake van actief transport.

• ionkanaaltje: komt niet vaak voor bij de stofwisseling.Ionen kunnen door dezew kanaaltjes de cel in diffunderen. Er is sprake van passief transport. Om water in een cel te transporteren bestaan er waterkanaaltjes.

• transporter: kost geen energie en gaat altijd met de concentratie gradiënten mee. Het is afhankelijk van de concentratie wat het nettoresultaat van dit mechanisme zal zijn.

  • uniporter: laat één deeltje door.

  • symporter: transporteert twee stoffen tegelijkertijd van de ene naar de andere kant van de membraan.

  • anti-porter: brengt tegelijkertijd één stof de cel in en een andere stof de cel uit.

Glucose wordt vooral getransporteerd door:

ATP-powered Na+/K+ -o in combinatie met een Na⁺-afhankelijke symporter (SGLT). De SGLT transporteert glucose samen met natrium de cel in. Door een Na/Ka-pomp wordt de concentratie Na in de cel laag gehouden, waardoor de symporter kan blijven werken.

• transporters. Er zijn vijf verschillende soorten glucose transporters (GLUT) die de glucoseconcentratie reguleren. Een lage Km waarde betekent een hoge affiniteit. voor glucose Een transporter met een lage Km waarde kan dus al bij een lage concentratie glucose, de glucose de cel in transporteren. GLUT 1 t/m 4 transporteren glucose, GLUT 5 is fructose transporter. GLUT 1 en 3 hebben een lage Km waarde en komen voor in alle cellen. Dit is vooral belangrijk in hersencellen en erytrocyten, die slechts glucose als brandstof gebruiken.
  GLUT 2 heeft een minder hoge affiniteit, dus werkt pas bij hoge concentraties glucose. Deze transporters hebben wel een hoge capaciteit.. GLUT 2 bevindt zich in de pancreas op de β-cellen op de eilandjes van Langerhans voor insuline secretie. Verder zijn zij aanwezig in de lever voor snelle opname glucose uit bloed en in de darm (niet aan de luminale kant, daar is SGLT!) voor afgifte van glucoseaan bloed. GLUT 4 komt voor in spier –en vetcellen en is alleen aanwezig op commando van insuline. In dat geval komt GLUT 4 omhoog naar het oppervlak, zodat glucose opgenomen kan worden in de spier –en vetcellen.

Vetten heten ook wel triglyceriden/triacylglycerol. Lipases uit pancreas knippen vetzuren van de triglyceriden af, zodat monoacylglycerol en losse vetzuren ontstaan. Korte vetzuren en glycerol diffunderen direct door de cel heen en komen in de bloedbaan terecht. Langere vetzuren en monoacyl glycerol worden in de enterocyt verder verwerkt.In de enterocyt wordt het glycerol met vetzuren weer in elkaar gezet tot tiacyl glycerol. Om de enterocyt uit te gaan, vormt zich om de triglyceriden een lipoproteine, die chylomicron heet. Via exocytose wordt dit uit de enterocyt getransporteerd. . De chylomicron kan echter niet door de bloedvatwand het bloed in, dus gaat deze naar de lymfevaten. Uiteindelijk komt het chylomicron ook in de bloedvaten terecht. Dan moeten de chylomicronen nog naar de vetweefsels.

Aminozuren zijn sterk geladen. Het membraan van de darmepitheelcellen zijn hiervoor niet goed doorlaatbaar. Deze worden opgenomen via actieve transporters uit de dunne darm. Daarna worden zij getransporteerd door het bloed.

Lever

De lever kan ongeveer 70-80 gram glycogeen opslaan. Uit glycogeen kan weer bloedglucose worden gevormd. In de spieren kan glycogeen echter niet omgezet worden in glucose, want spiercellen bezitten geen glucagon receptoren en geen Glc-6-Pase. Na een maaltijd komen er te veel koolhydraten in je bloed om op te slaan als glycogeen. Insuline stimuleert het enzym glycogeensyntase, waardoor veel glycogeen wordt geproduceerd. Het teveel aan glycogeen wordt omgezet in acetyl-CoA. Co enzym A wordt dan omgezet in vrije vetzuren. Van vrije vetzuren kan weer triacylglycerol (triglyceride) gemaakt worden. Hiervan kan weer een lipoproteïne gemaakt worden. Als eindproduct ontstaat VLDL.

VLDL (van het teveel gegeten zetmeel) en chlyomicronen (afkomstig van het eten van vet) komen in de bloedbaan terecht. Wanneer ze bij een vetcelmembraan komen, worden ze afgebroken door lipoproteine lipase, gestimuleerd door insuline. In losse stukjes kunnen vetten het celmembraan passeren. In de cel worden ze weer in elkaar gezet.

Oxidatieve fosforylering

Methaan is niet eetbaar voor ons, maar er zit veel energie in, omdat er sterk gereduceerde verbindingen aanwezig zijn. Om die sterk gereduceerde verbindingen te maken moet energie erin gestopt worden. Bij verbranding van methaan komt er veel energie vrij in de vorm van warmte. Oxidatie van methaan levert dus energie.

• Voeding is voor twee processen in de cel belangrijk. Namelijk voor opbouw en synthese van processen. Het andere deel van de voeding dient als brandstof en voorziet het lichaam van energie. Deze energie wordt voornamelijk opgeslagen door ADP om te zetten in ATP. NAD+ en FAD+ zorgen voor energieopslag van elektronen die vrijkomen bij oxidatie. NAD+ en FAD+ zijn niet energierijk. Bij de oxidatie worden zij omgezet in NADH en FADH. Dit zijn energierijke verbindingen. Dit proces vindt plaats in de mitochondria. NAD⁺+ 2e- + H⁺ wordt NADH + H⁺. NADH + H⁺ is energierijk en gereduceerd.

• FAD + 2^e- + 2H⁺ wordt FADH₂. FADH₂ is minder energierijk dan NADH⁺ + H⁺.

  Mitochondriën bestaan van buiten naar binnen uit een buitenmembraan, ruimte tussen de binnenste en buitenste membraan, binnenmembraan en matrix. In de binnenmembraan van het mitochondrion zit een turbine die ATP kan maken, ATP synthase complex. Aan de β- subunit worden ADP en een fosfaatgroep gebonden. Om de turbine te laten draaien moet energie toegevoerd worden. Dit gebeurt door de toevoer van protonen, H⁺. De protonen moeten naar de intermembraanruimte gepompt worden. Dit gebeurt met behulp van complex I, III en IV. Complex I is altijd in geoxideerde toestand, tenzij er elektronen worden toegevoerd. In dat geval gaat het complex naar de gereduceerde toestand. Dit kan gebeuren door een energierijk elektron van NADH+. Complex I geeft de energie door aan complex III waardoor complex I weer in de geoxideerde toestand komt. Ondertussen is er in complex 1 wat energie overgebleven die gebruikt wordt voor het pompen van een H⁺ de matrix uit. Complex III is in gereduceerde toestand dus minder energierijk dan complex I. Complex III kan door de doorgegeven energie van complex I of door een energierijk elektron afkomstig van FADH2+ via complex II in geoxideerde toestand terechtkomen.

  Complex III geeft de energie door aan complex IV en pompt ook een H⁺.
  Complex IV raakt zijn elektronen kwijt aan moleculair zuurstof, zodat H2O ontstaat. Uit H2O is geen energie meer te halen. Met de overgebleven energie wordt ook een H+ weggepompt.
  Dooréén NADH kunnen 2,5 ATP moleculen gevormd worden. FADH2 is niet in staat om complex I te reduceren, maar wel om complex II te reduceren. Complex II reduceert complex III, maar pompt zelf geen H⁺ de matrix uit. Door FADH2 kunnen 1,5 ATP moleculen gevormd worden. Efficientie van het elektronentransport is namelijk niet 100%, daarom niet 3 ATP bij NADH en 2 ATP bij FADH2.

ATP verlaat het mitochondrion via het ATP ADP translocator. Deze brengt ADP naar binnen en ATP naar buiten. ATP komt in het cytosol.

TCA-cyclus

Vetten, polysachariden en eiwitten kunnen allemaal afgebroken worden tot acetyl CoA. Dit wordt volledig geoxideerd in de citroenzuurcyclus en zal vervolgens oxidatief gefosforyleerd worden waardoor veel ATP moleculen ontstaan.

Zonder oxaalacetaat in de citroenzuurcyclus kan je acetylCoA niet verbranden.

Bij verbranding worden vetten omgezet in vetzuren en glycerol. Daarna vindt v-oxidatie plaats: het tweede koolstofatoom van een vetzuur wordt geoxideerd tot acetyl co A. Hierbij komt genoeg energie vrij om zeven NADH + H⁺ en zeven NADH₂ te maken. Omgerekend is dat 28 ATP. Met de citroenzuucyclus erbij levert het verbranden van vetten 108 ATP op.

Glycolyse

Polysacharides worden verteerd tot glucose en andere monosacharides. Bij verbranding vindt glycolyse plaats, waarbij energie toegevoegd wordt (2ATP) om glucose instabiel te maken, zodat het gesplitst kan worden tot pyruvaat. Pyruvaat kan verder verwerkt worden tot:

• co enzym A en CO₂

• lactaat

Glycolyse is niet efficiënt, want er komen maar 2 ATP moleculen en 2 lactaatmoleculen netto vrij. Glycolyse is wel heel snel. Met de citroenzuurcyclus erbij levert de verbranding van glucose 32 ATP op.

Vetten, koolhydraten en eiwitten worden omgezet tot co enzym A. Daarna doorlopen vetten, koolhydraten en eiwitten de citroenzuurcyclus en oxidatieve fosforylering. Voor de vetverbranding is glycolyse noodzakelijk.

Tijdens de citroenzuurcyclus wordt alleen co enzym A verbrandt. Voor die verbranding is oxaalacetaat nodig. Is er in je lichaam te weinig glucose aanwezig, dan worden de tussenproducten van de citroenzuurcyclus omgezet tot glucose. Oxaalacetaat en acetyl coA kunnen gemaakt worden uit pyruvaat.

Antwoorden zelfstudie 2

Het hormoon insuline bevordert de glycogenese volgens onderstaand mechanisme:

• Het draait de fosforylaties van eiwitten door glucagon om. Het zet glycogeen phosphorylase stop en activeert glycogeen synthase.

• Insuline stimuleert de opname van glucose in spier- en vethoudende weefsels, waardoor productie en opslag van glycogeen en triglyceriden mogelijk is.

• Insuline heeft effect op de genexpressie. Het stimuleert de productie van eiwitten die een functie hebben bij het koolhydraat metabolisme en opslag en omzetting van glucose in triglyceriden.

• Insuline reguleert de opslag van vetzuren in adipocyten doordat insuline acetyl Co A carboxylase defosforyleert en daarmee acetyl Co A activeert. Acetyl Co A carboxylase polymeriseert in de buurt van citraat of isocitraat. Als het enzym polymeriseert, wordt het enzym actief. Het enzym kan ook actief worden gemaakt door defosforylatie. Dit doet insuline.

• Het beïnvloedt de samenvoeging van insuline receptoren en de afbraak en ongevoeligheid van receptoren.

Essentiële vetzuren zijn vetzuren met een dubbele binding na het negende C-atoom. Twee typen essentiële vetzuren heeft het lichaam nodig, maar kan het niet zelf maken. Dit zijn de omega-3 vetzuren en de omega-6 vetzuren. Deze moet je innemen.

In de lever wordt glycerol gefosforyleerd tot glycerol-3-P. In vethoudend weefsel wordt glucose door middel van glycolyse omgezet naar glycerol-3-P. Door nog een aantal omzettingen ontstaan uit glycerol-3-P triglyceriden. Om door een celmembraan te gaan worden vetten meestal afgebroken en in de cel weer opgebouwd. Om dit te omzeilen vormt zich een lipoproteïne om de vetten en vormt een chylomicron genaamd very low density lipoproteïn (VLDL). Insuline in het bloed zorgt ervoor dat lipoproteïn kinase op vetcelmembranen actief wordt en vetzuren uit het VLDL haalt, als VLDL langs een vetcel komt. Het VLDL bevat minder vetzuren en verandert in een intermediate low sensity lipoproteïn (IDL). LDL wordt gevormd uit IDL door het enzym hepatic triglyceride lipase. Omdat er nog maar weinig triglyceriden in LDL zitten is het zeer cholesterolrijk. Het is de belangrijkste cholesteroldrager in het plasma. LDL blijft langer in de circulatie. LDL wordt opgenomen door de lever of door periferische cellen.

Chylomicronen worden gevormd in de enterocyten na opname van grote vetzuren en monoacyl glycerol. Deze worden in de cel gebruikt voor opbouw van triacyl glyceriden. Deze worden door middel van exocytose de cel uit getransporteerd. Het gevormd particel met triacyl glyceriden en een kleine hoeveelheid eiwitten wordt een chylomicron gevormd. Er bestaan gluogene en ketogene aminozuren. Ketogene aminozuren zijn aminozuren die een koolstofatoom leveren aan acetyl co A of aan acetoacetyl coA. Glucogene aminozuren zijn te vinden op meer plaatsen. Glucagene aminozuren leveren koolstofatomen aan:

• TCA cyclus of citroenzuurcyclus op niveau van -ketoglutaraat, succinyl, fumeraat of oxaalacetaat.

• Pyruvaat. Ze maken uiteindelijk glucose.

De biologische waarde geeft aan in hoeverre een eiwit waarde heeft als bouwstof voor het lichaam. Het eiwit moet qua aminozuurvolgorde erg op het lichaamseiwit lijken. Eiwitten met een hoge biologische waarde lijken erg op lichaamseiwitten. (www.nutrisense.nl). Eiwitten vormen vaak complexen, waarbij ze elkaars hulp nodig hebben om een functie te verrichten. Een mengsel van eiwitten is dus waardevoller dan de gemiddelde waarde van de afzonderlijke waarden.

Tijdens het energie metabolisme wordt een aminogroep verwijderd. Dit kan op drie manieren:

• Transamination: aminogroep gaat naar een ketonzuurreceptor door aminotransferase.

• Oxidatieve deaminatie: oxidatie van een aminozuur heeft ketonzuren en ammonia als resultaat.

• Verwijdering van een watermolecuul (dehydratase): dit maakt een aminozuur onstabiel. Het uiteindelijke resultaat is v-ketonzuur en ammonia.

Het koolstofskelet kan omgezet worden tot een bemiddelaar in glycolyse, TCA cylcus of vetmetabolisme. Het degraderen van aminozuren gebeurt in de lysosomen en proteasomen.

Werkgroep 2

Koolhydraten

De afbraak van koolhydraten begint in de mondholte door het enzym amylase dat wordt uitgescheiden door de speekselklieren. De koolhydraten komen vervolgens via de slokdarm in de maag terecht. In de maag is geen vertering vaan koolhydraten. Wanneer de voedselbrij in het duodenum aankomt, stimuleert dit de afgifte van CCKs en secretine door de endocriene cellen die hier aanwezig zijn. Secretine stimuleert de afgifte HCO3- door de pancreas. Dit neutraliseert de voedselbrij. CCKs stimuleren de pancreas tot afgifte van α-amylase. Deze vervolgen de afbraak van de aanwezige koolhydraten. In de darm worden de laatste stappen van de vertering van koolhydraten voltooid door disacheridasen, die aanwezig zijn in de darmwand. Deze breken de laatste disachariden af tot monosachariden.

Opname van glucose in de enterocyten gaat via SGLT. Deze koppelt het transport van glucose aan het transport van natrium de cel in. Het is dus een symport systeem. Om te zorgen dat de transporter zijn werk kan blijven doen wordt de natrium concentratie in de cel laag gehouden door een Na+/K+ ATPase. Vanuit de enterocyten komt glucose in de bloedbaan door GLUT-2.

Via het poortaderstelsel komt glucose in de lever terecht. In de lever kan glucose omgezet worden in glycogeen. De lever kan ongeveer 80-100 gram glycogeen opslaan. Dit glycogeen wordt gebruikt om de glucose concentratie van het bloed te reguleren met behulp van de hormonen insuline en glucagon. Dit gaat als volgt. De pancreas reageert op de glucose concentratie in het bloed. Bij een te lage glucose concentratie van het bloed scheiden de α-cellen glucagon uit. Er wordt dan door de lever meer glycogeen omgezet in glucose. Dit wordt afgegeven aan het bloed, waardoor de bloedsuikerspiegel weer omhoog gaat. Wanneer de glucose concentratie van het bloed te hoog is, scheiden de β-cellen van de pancreas insuline uit. Dit stimuleert de lever cellen tot opnamen van glucose en de omzetting van glucose in glycogeen.

Spieren nemen glucose op met GLUT-4. Deze transporters komen aan het oppervlak van het celmembraan door binding van insuline. In de spiercellen wordt glucose omgezet in glycogeen. Glycogeen kan echter niet meer worden omgezet in glucose. Het glycogeen in de spieren is dus alleen voor eigen verbruik.

Vetten

De vertering van vetten begint in de mond. Hier wordt door de speekselklieren linguaal lipase toegevoegd. Lipase breekt triacyl glyceriden af tot diacyl glyceriden en vetzuren. De vertering van vetten in de mond is echter zeer gering. Er wordt namelijk maar een kleine hoeveelheid lipase toegevoegd. Via de slokdarm komt de voedselbrij in de maag. Hier heest een zuur milieu, waardoor de lipases beter werken. In de maag wordt ook nog maaglipase toegevoegd. Vervolgens komt de voedselbrij in het duodenum. De CCKs die als gevolg hiervan worden uitgescheiden, stimuleren de pancreas tot afgifte van pancreaslipases, cholesterolesterases en fosfolipases A2. Deze gaan verder met de vertering van de vetten. Daarnaast veroorzaakt het een samentrekking van de galblaas, waardoor gal aan de voedselbrij wordt toegevoegd. Gal emulgeert de vetten. Secretine stimuleert de alvleesklier weer tot afgifte van HCO3-, waardoor de voedselbrij geneutraliseerd wordt.

In de dunne darm worden de afbraakproducten opgenomen door middel van diffusie. Kleine vetzuren en vrij glycerol diffunderen direct door de enterocyten heen en komen in de bloedbaan terecht. Grote vetzuren en monoacyl glyceriden worden in de cel omgebouwd tot tryacyl glyceriden. Deze worden samen met een aantal eiwitten verpakt in chylomicronen. Deze worden via de lymfevaten getransporteerd naar de poortader en vanaf daar naar de lever. In de lever worden zij opgenomen in hepatocyten via endocytose. In de lysosomen worden zij afgebroken.

Eiwitten

De afbraak van eiwitten begint in de maag. Hier wordt gastrine als gevolg van de aanwezigheid van de voedselbrij afgegeven. Gastrine stimuleert de afgifte van HCl en pepsinogeen. HCL denatureert de eiwitten en stimuleert de omzetting van pepsinogeen in pepsine. Pepsine zet eiwitten om in aminozuren en peptiden. Vervolgens komt de voedselbrij in het duodenum. Hier wordt gestimuleerd door CCKs pancreassap uitgescheiden. Dit bevat tripsinogeen. Dit wordt omgezet in tripsine. Tripsine activeert propeptidasen. Deze breken de eiwitten verder af.

Aminozuren worden door de enterocyten opgenomen door natrium gekoppeld transport. Via de transporters komen de aminozuren in de bloedbaan terecht. Via het poortaderstelsel komen zij in de lever terecht. De levercellen nemen de aminozuren op en breken ze verder af. Bij afbraak van eiwitten wordt ureum gevormd. Dit wordt uitgescheiden met de urine.

Eiwitten worden gebruikt voor opbouw van weefsels en voor de energievoorziening.