Cel tot molecuul HC12: Glucose en vetmetabolisme

HC12. Glucose en vetmetabolisme

Algemene informatie

  • Welke onderwerpen worden behandeld in het hoorcollege?
    • In dit college worden de verschillende cycli van glucose- en vetmetabolisme behandeld
  • Welke onderwerpen worden besproken die niet worden behandeld in de literatuur?
    • Alle onderwerpen in dit college worden ook behandeld in de literatuur
  • Welke recente ontwikkelingen in het vakgebied worden besproken?
    • Er zijn geen recente ontwikkelingen besproken
  • Welke opmerkingen worden er tijdens het college gedaan door de docent met betrekking tot het tentamen?
    • Voor het tentamen hoeven we niet precies alle reactievergelijkingen uit ons hoofd te kennen
  • Welke vragen worden behandeld die gesteld kunnen worden op het tentamen?
    • Er zijn geen mogelijke vragen behandeld

Verbranding van glucose in een cel

Carrier moleculen:

Metabolisme is een andere naam voor stofwisseling:

  • Alle chemische processen die plaatsvinden in een cel
    • Twee vormen: 
      • Anabolisme (assimilatie): kleine moleculen worden samengevoegd tot grotere stoffen → kost energie
      • Katabolisme (dissimilatie): grotere moleculen worden afgebroken tot kleinere moleculen → energie komt vrij

In de cellen wordt glucose stapsgewijs afgebroken en wordt de energie die vrijkomt opgevangen door carrier moleculen (draagmoleculen). 

Bij verbranding wordt energie overgebracht in carrier moleculen naar een andere route/stofje. Carrier moleculen:

  • ATP (adenosine trifosfaat)
    • Een nucleotide die hoge energiefosfaatgroepen draagt
    • Er zijn 3 fosfaatgroepen, bij afsplitsing van de 3e fosfaatgroep komt energie vrij voor alle cellulaire processen
  • NADH (nicotinamide adenine dinucleotide)
    • Draagt elektronen
    • Bij verbranding van stoffen vinden redoxreacties plaats → elektronen worden overgedragen
    • NAD++ H++ 2e-→ NADH
  • FADH2 (flavin adenine dinucleotide)
    • Ander type elektronen carrier, komt minder voor
    • Kan ook elektronen opnemen/afgeven: FAD wordt FADH2
  • Co-enzym A: 
    • Een acetyl groep carrier → draagt acetyl-CoA
    • Groot molecuul met aan het einde een zwavelgroep → kan binden op acetylgroepen (lange koolstofketens) 
      • Hiermee ontstaat een binding: de acetylgroep wordt geactiveerd: bij binding aan co-enzym A ontstaat acetyl-CoA

Glucose katabolisme:

De verbranding van glucose bestaat uit 3 processen:

  1. Glycolyse
  2. Citroenzuurcyclus
  3. Oxidatieve fosforylering

Hierbij komt ATP vrij. Elektronen worden gedragen door NADH en FADH2.

Glycolyse:

De glycolyse bestaat uit 10 stappen, waarbij een glucosemolecuul (dat bestaat uit 6 C-atomen) wordt omgezet in 2 pyruvaat moleculen. Belangrijk is dat er zuurstof aanwezig is en dat de reactie dus aeroob is.

  1. Aan een glucosemolecuul worden 2 fosfaatgroepen gehangen → fructose 1,6-bifosfaat wordt gevormd
    • Dit kost energie
  2. Fructose 1,6-bifosfaat wordt gesplitst in twee suikers die bestaan uit 2 C-atomen → glyceraldehyde 3-fosfaat
  3. Twee pyruvaatmoleculen worden gevormd → energie komt vrij in de vorm van 4 ATP

Netto reactie glycolyse: 

  • Glucose → 2 pyruvaat + 2 H2O
  • 4 ATP gevormd – 2 ATP gebruikt → 2 ATP
  • 2 NAD++ 4 e-+ 4 H+→ 2 NADH + 2 H+

Glycolyse vindt plaats in het cytoplasma van de cel. Daarna verplaatst het proces naar de mitochondriën: pyruvaat wordt door een transporteiwit door het dubbelmembraan de matrix in getransporteerd:

  1. CO2 wordt afgesplitst
  2. Een acetylgroep wordt gehangen aan co-enzym A, hierbij komt NADH vrij
  3. Acetyl CoA gaat de citroenzuurcyclus in

Dit wordt gedaan door een eiwit bestaande uit 3 verschillende moleculen, elke soort doet één stap.

Citroenzuurcyclus:

In de citroenzuurcyclus wordt acetyl-CoA (2 C-atomen) omgezet in citroenzuur (6 C-atomen) door koppeling aan oxaloacetaat. Vervolgens wordt er in kleine stapjes energie onttrokken. Het beginproduct is dus acetyl-CoA, dat omgezet wordt tot citroenzuur. Het eindproduct is oxaloacetaat. Oxaloacetaat kan opnieuw worden gebruikt in een nieuwe cyclus.

Netto reactie:

Acetyl-CoA + 3 NAD++ FAD + GDP + Pi → CoA-SH + 2 CO2+ 3 NADH + FADH2+ GTP + 3 H+

Het is belangrijk te onthouden dat 3 NADH, 1 FADHen 1 GTP worden gevormd.

Oxidatieve fosforylering:

Na de citroenzuurcyclus wordt veel energie gevormd. Oxidatieve fosforylering vindt plaats op het binnenmembraan van de mitochondria. In oxidatieve fosforylering worden elektronen van NADH en FADH2 afgegeven aan de elektronen transportketen in het membraan. Een elektronentransportketen bestaat uit 4 eiwitcomplexen: 

  1. NADH geeft elektronen af aan complex 1 → wordt NAD+
  2. Elektronen komen in complex 1 en gaan als een soort stroomdraadje van complex 1 naar complex 3 en dan naar 4
  3. In complex 4 worden ze samen met protonen en zuurstof omgezet in water
    • Deze elektronen zorgen voor energie zodat de complexen 1, 3 en 4 protonen kunnen gaan pompen
  4. Vanuit de matrix worden protonen naar de tussenmembraanruimte gepompt → hierdoor ontstaat een hogere concentratie van protonen in de tussenmembraanruimte dan in de matrix: de concentratiegradiënt
  5. De concentratiegradiënt geeft een kracht waardoor protonen van hoge naar lage concentratie willen stromen → gebeurt door ATP-synthase (een ionkanaal)
  6. Energie die daarbij vrijkomt wordt gebruikt om ADP om te zetten in ATP

NADH geeft dus elektronen af aan complex 1. FADH2 kan elektronen afgeven aan complex 2. Dit is geen protonpomp → elektronenoverdracht van FADH2levert iets minder energie op dan van NADH: 

  • 1 NADH-oxidatie → 2,5 ATP
  • 1 FADH2-oxidatie → 1,5 ATP

Netto reactie oxidatieve fosforylering:

  • NADH + ½ O2+ H+→ NAD++ H2O
  • ADP + Pi→ ATP

Totale ATP-opbrengst glucoseverbranding:

  • C6H12O6+ 6 O2→ 6 CO2+ 6 H2O + energie

    • Owordt dus niet omgezet in CO2, maar in H2O
    • Glucose wordt geoxideerd tot CO2 
  • Glycolyse levert 2 ATP
  • Citroenzuurcyclus levert 2 ATP
  • Oxidatieve fosforylering levert 26/28 ATP → dit is afhankelijk van:
    • Het celtype (weefsel)
    • De shuttle dat NADH gebruikt die vanuit de glycolyse vrijkomt: soms worden de elektronen overgebracht op NADH, soms op FADH2(levert minder energie op)

In totaal ontstaat er dus 30/32 ATP.

Anaerobe glucose katabolisme:

Bij een hele hoge inspanning is veel O2 nodig om oxidatieve fosforylering uit te kunnen voeren. Hierbij wordt heel veel pyruvaat gevormd → kan niet allemaal de citroenzuurcyclus in omdat er onvoldoende O2 is. Glucose wordt dan via anaerobe glycolyse verbrand:

  1. Pyruvaat wordt omgezet in melkzuur
    • Het wordt niet omgezet in ethanol, dit doen alleen gistcellen
    • Voor de reactie van pyruvaat naar lactaat wordt enzym lactaatdehydrogenase gebruikt
  2. Hierbij wordt NAD+ gevormd → nodig omdat anders de glycolyse niet meer kan verlopen omdat er NADH nodig is (anders is er geen ATP)
  3. Lactaat uit de spier wordt via het bloed afgevoerd naar de lever
  4. De lever voert gluconeogenese uit → kan lactaat omzetten in pyruvaat, pyruvaat kan weer omgezet worden in glucose
  5. Glucose gaat naar het bloed en kan hergebruikt worden door de spier → de cori-cyclus

Gluconeogenese is niet zomaar het omgekeerde proces van glycolyse. Een aantal hele specifieke enzymen hebben een belangrijke rol:

  • Glucose 6-phosphatase
  • Fructose 1,6-biphosphatase
  • PEP carboxykinase
  • Pyruvate carboxylase

Het is belangrijk te onthouden dat pyruvaat wordt omgezet in glucose, dat hergebruikt kan worden door de spieren. 

Glycogenese (glycogeensynthese):

De lever heeft een belangrijke rol in de glucosehomeostase. Hij zorgt ervoor dat de glucosespiegels constant blijven. Als de glucosespiegels stijgen, kan de lever tot een bepaalde mate glucose opnemen en opslaan. Dit doet de lever in de vorm van glycogeen:

  1. De lever zet glucose om tot glucose-6-fosfaat
  2. Glucose-6-fosfaat wordt omgezet in glycogeen

Als er veel losse glucosecellen in lever zouden zitten, zou de osmotische druk stijgen. Door de koppeling van heel veel glucosemoleculen tot glycogeen wordt dit opgelost. Dit wordt gedaan door het enzym glycogeensyntase. Glycogeen is als korrels zichtbaar in het cytoplasma.

Glycogenolyse (glycogeenafbraak):

  1. In de spier en lever komt glucose-6-fosfaat vrij
  2. De spier breekt glycogeen af voor eigen gebruik: maakt glycogeenmoleculen los.
  3. De lever zorgt ervoor dat met glucose-6-fosfatase glucose wordt gemaakt en wordt afgestaan aan het bloed zodat andere de organen voldoende glucose hebben

Vetmetabolisme

Energie kan in de vorm van glycogeen worden opgeslagen in de lever en in de spier:

  • In de lever is ongeveer 100 gram glycogeen
  • Met spieren erbij is 400-500 gram glycogeen in het lichaam

Hiermee kunnen we slechts een aantal uren energie krijgen → de grootste energievoorraad is niet glycogeen maar vetweefsel.

Energieopslag

Primaire locatie

Energie (kcal)

Glycogeen

Lever en spieren

1.400

Glucose of lipiden

Lichaamsvloeistoffen

100

Triglyceriden

Vetweefsel

115.000

Eiwitten

Spieren

25.000

Vetopslag:

Adipocyten zijn vetcellen. Adipocyten bestaan voor 99% uit triglyceriden (vet). Triglyceriden bestaan uit een glycerolskelet waar vetzuren aan vastzitten: langekoolstofketens met waterstofgroepen.

Vetopslag gebeurt als volgt:

  1. Als er is gegeten wordt het vet uit het eten in de darm opgenomen als vetzuren
  2. In de darmcellen worden de vetten in deeltjes verpakt als chylomicronen
  3. Hieromheen wordt zit een laagje fosfolipiden
  4. De hydrofiele koppen steken naar buiten → een chylomicron is wateroplosbaar, waardoor het opgenomen kan worden in het vetweefsel
  5. Vetweefsel kan vetzuren in glycerol bouwen tot triglyceriden → wordt opgeslagen als vet

Vetzuursynthese:

Ook glucose wordt vet. Een overmaat aan glucose wordt via de novo lipogenese omgezet in vetzuren. Dit gebeurt in de lever en in het vetweefsel:

  1. Glucose wordt omgezet tot pyruvaat en tot acetyl-CoA
  2. Acetyl-CoA gaat niet de citroenzuurcyclus in, maar wordt via een shuttlesysteem naar het cytosol vervoerd 
  3. Nieuwe acetyl-CoA’s worden toegevoegd totdat er 16 koolstofatomen aan een molecuul zijn gevormd → palmitaat
  4. Palmitaat gaat naar de lever → beetje vervetting

Vet wordt dus ingebouwd in very low density lipiden (VLDL), die het kunnen afgeven aan het bloed. Vetweefsel kan de vetzuren hieruit halen en opslaan.

Vetzuurafbraak:

Vet slaat energie op, maar kan ook aan het bloed vet afstaan aan de organen die veel energie nodig hebben, bijvoorbeeld spieren:

  1. Triglycerides worden afgebroken d.m.v. lipases → vetzuren komen vrij
  2. Vetzuren worden door vetcellen aan het bloed afgestaan → worden naar de spier vervoerd
  3. De spier koppelt de vetzuren aan co-enzym A
  4. Vetzuren moeten in de mitochondriën terechtkomen → gebeurt m.b.v. een carnitine shuttle
  5. In de mitochondriën vindt de β-oxidatie cyclus plaats:
    1. De eerste 2 C-atomen van het vetzuur worden afgesplitst → acetyl-CoA wordt van het vetzuur afgeknipt
    2. FADH2 en een NADH komen vrij
    3. Een nieuw co-enzym A wordt gekoppeld aan het vetzuur waar net acetyl-CoA aan gekoppeld was
    4. Het vetzuur wordt constant in stapjes van 2 C-atomen afgeknipt → bij iedere β-oxidatiekomt acetyl-CoA vrij
      • Bij een vetzuur van 16 C-atomen komt 8 acetyl-CoA vrij
      • Bij iedere β-oxidatie komen NADH’s en FADH2’s vrij
  • De netto-reactievergelijking van β-oxidatie is: palmitaat + 7 NAD++ 7 FAD + 8 CoA + 7 H2O + ATP → 8 acetyl CoA + 7 NADH + 7 FADH2+ AMP + 2 Pi+ 7 H+

De netto-energieopbrengst van vetzuuroxidatie is:

Palmitaat + 23 O2+ 106 ADP + 106 Pi→ 16 CO2+ 106 ATP + 122 H2

Als een vetzuur wordt afgebroken komt er dus veel meer energie vrij als bij een glucosemolecuul.

Ketonlichamen:

Of acetyl coA de citroenzuurcyclys in kan gaan is afhankelijk van de beschikbaarheid van oxaloacetaat

    • Oxaloacetaat wordt gevormd vanuit pyruvaat
    • Oxaloacetaat wordt lager in de cel als
      • Suikers onbeschikbaar zijn (door bv. vasten)
      • Suikers niet gebruikt kunnen worden (door bv. diabetes)

Als door vetzuurverbranding heel veel acetyl-CoA wordt gevormd ontstaan er ketonlichamen. Ketonlichamen ontstaan als volgt:

  1. Niet alle acetyl-CoA’s kunnen de citroenzuurcyclus in
  2. Acetyl CoA’s worden omgezet in acetoacetaat
  3. Acetoacetaat wordt omgezet in aceton en β-hydroxybutyraat → de ketonlichamen
    • Aceton is heel vluchtig
    • Acetoacetaat en β-hydroxybutyraat kunnen gebruikt worden als energiebron → bij langdurig vasten gaan de hersenen voor 50% over op ketonlichamen
    • Acetoacetaat en β-hydroxybutyraat zijn relatief sterke zuren
      • Bij te hoge concentraties wordt de bloed-pH verlaagd →ketoacidose (diabetes)
      • Buffercapaciteit bloed kan worden verstoord → hyperventilatie/coma
    • Veel acetonvorming geeft een sterke geur

Cholesterol:

Acetyl-CoA is ook een precursor van cholesterol → het kan worden omgezet in cholesterol. Cholesterol heeft niks met energieniveaus te makel. Als de cel cholesterol nodig heeft, wordt acetyl-CoA omgezet tot mevalonaat, wat omgezet wordt tot cholesterol. Cholesterol heeft meerdere functies in het lichaam:

  • Onderdeel van het celmembraan
  • Galzuren
  • Pregnenolone hormonen
  • Vitamine D

Bij een hoog cholesterolniveau in het bloed is er een hoog risico op atherosclerose. Dit omdat cholesterol slecht kan oplossen in water, het wordt getransporteerd in LDL. LDL kan vastplakken aan de vaatwand → bij ontsteking ontstaat er plak en vaatvernauwing. Om het cholesterolniveau te verlagen kan het medicijn statine gebruikt worden → remmen de omzetting van acetyl-CoA tot mevalonaat. Heel veel 50-plussers slikken statines.

Acetyl CoA speelt dus hele centrale rol in metabolisme:

  • Wordt gevormd uit:
    • Pyruvaat
    • Aminozuren
    • Vetzuren
  • Vormt zelf:
    • Triglyceride-cyclus
    • Ketonlichamen
    • Vetzuren

Image

Access: 
Public

Image

Join WorldSupporter!
This content is used in:

Collegeaantekeningen Cel tot Molecuul 2019/2020

Search a summary

Image

 

 

Contributions: posts

Help other WorldSupporters with additions, improvements and tips

Add new contribution

CAPTCHA
This question is for testing whether or not you are a human visitor and to prevent automated spam submissions.
Image CAPTCHA
Enter the characters shown in the image.

Image

Spotlight: topics

Check the related and most recent topics and summaries:
Institutions, jobs and organizations:
Activities abroad, study fields and working areas:
Countries and regions:
This content is also used in .....

Image

Check how to use summaries on WorldSupporter.org

Online access to all summaries, study notes en practice exams

How and why use WorldSupporter.org for your summaries and study assistance?

  • For free use of many of the summaries and study aids provided or collected by your fellow students.
  • For free use of many of the lecture and study group notes, exam questions and practice questions.
  • For use of all exclusive summaries and study assistance for those who are member with JoHo WorldSupporter with online access
  • For compiling your own materials and contributions with relevant study help
  • For sharing and finding relevant and interesting summaries, documents, notes, blogs, tips, videos, discussions, activities, recipes, side jobs and more.

Using and finding summaries, notes and practice exams on JoHo WorldSupporter

There are several ways to navigate the large amount of summaries, study notes en practice exams on JoHo WorldSupporter.

  1. Use the summaries home pages for your study or field of study
  2. Use the check and search pages for summaries and study aids by field of study, subject or faculty
  3. Use and follow your (study) organization
    • by using your own student organization as a starting point, and continuing to follow it, easily discover which study materials are relevant to you
    • this option is only available through partner organizations
  4. Check or follow authors or other WorldSupporters
  5. Use the menu above each page to go to the main theme pages for summaries
    • Theme pages can be found for international studies as well as Dutch studies

Do you want to share your summaries with JoHo WorldSupporter and its visitors?

Quicklinks to fields of study for summaries and study assistance

Main summaries home pages:

Main study fields:

Main study fields NL:

Follow the author: nathalievlangen
Work for WorldSupporter

Image

JoHo can really use your help!  Check out the various student jobs here that match your studies, improve your competencies, strengthen your CV and contribute to a more tolerant world

Working for JoHo as a student in Leyden

Parttime werken voor JoHo

Statistics
2824