Biochemie - Deel 4 - glycolyse en gluconeogenese

wat is metabolisme?

het geheel aan chemische reacties de in de cellen plaatsvinden, anabolisme + katabolisme,

Wat is het centraal metabolisme?

het geheel aan chemische reacties die betrokken zijn bij energie-stockage en -regeneratie en die deze energie gebruiken voor biosynthese

wat is anabolisme?

alle chemische reacties die instaan voor de synthese van complexe organische moleculen

wat is katabolisme

alle reacties die instaan voor de afbraak van complexe moleculen, met terzelfertijd energiegeneratie

fototrofen vs. chemotrofen

fototrofen: licht als energiebron

chemotrofen: oxidoreductie-reacties als energiebron

autotrofen vs. heterotrofen

autotrofen: organismen die zelf alle organische metabolieten kunnen synthetiseren uit CO₂

heterotrofen: halen alle organische metabolieten uit andere verbindingen, op te nemen via voeding

lithotrofen vs. organotrofen

lithotrofen: anorganische elektronendonor nodig (vb. ammoniumion)

organotrofen: organische elektronendonor nodig (vb. glucose)

aëroob vs. strikt anaëroob vs. facultatief anaëroob

aëroob: zuurstofgas is de terminale elektronenacceptor

strikt anaëroob: zuurstofgas is toxisch, andere elektronenacceptor nodig

facultatief anaëroob: zuurstofgas kan elektronenacceptor zijn maar een andere stof is ook mogelijk

wat is acetyl CoA

acetyl co-enzyme A is een metabole drager die instaat voor de acyltransfer

waarom is een pathway/ reactiesequentie exergonisch in de richting dat het doorlopen wordt?

het moet passief/ zonder veel energie-toename kunnen verlopen

waarom is er wederzijdse regulatie op een metabolische pathway

zodat er geen nutteloze reacties doorgaan wanneer beide routes in hetzelfde celcompartiment zouden doorgaan

wat is biologische oxidatie en wat is het verschil met chemische oxidatie?

biologische oxidatie: een deel van de vrijgekomen energie kan worden vastgelegd in elektronencarriers (omzetting naar chemische energie) en kan dan gebruikt worden voor andere chemische reacties, het gebruikt dus de elektronentransportketen opdat er zo weinig mogelijk directe transfer naar zuurstofgas zou zijn

bij chemische oxidaties komt de energie vrij als warmte waarbij deze energie niet meer gebruikt kan worden voor andere chemische reacties, dit komt niet voor in de cel omdat de temperatuur anders teveel zou stijgen en de cellen zou doden

welke moleculen transporteren vrije energie

fosfaatmoleculen met hoge energie (NTPs)

gereduceerde co-enzymen: NAD(P)⁺ , FAD⁺

remming en activatie van enzymen in katabolische reacties?

katabolische reacties= afbraakreacties + energie-generatie

remming door ATP

activatie door AMP of ADP

remming en activatie van enzymen in anabolische reacties?

remming door AMP of ADP

activatie door ATP

stadia in metabolisme

1. polymeren afbreken tot monomeren

2. monomeren afbreken tot intermediairen + vorming van ATP

3. katabolisme: afbraak van intermediairen tot CO₂ en water + ATP-vorming

4. Anabolisme: biosynthese van intermediairen en verbruik van ATP

een levend organisme (en dus alle levende cellen) is (zijn) een open systeem

er kan zowel warmte als massa uitgewisseld worden

waarom zijn fosfaatverbindingen zo energierijk?

fosfaten zijn negatief geladen → de fosfaatgroepen stoten elkaar af → om binding te behouden moet er veel energie aanwezig zijn in die binding

verschil tussen ATP en NAD(P)⁺/ FAD⁺

ATP is een energiedrager, draagt fosfaatgroepen over

de andere twee zijn elektronendragers

hoe kan ATP gesynthetiseerd worden?

1. substraatniveaufosforylering (dit is een anaeroob proces, glycolyse en citroenzuurcyclus)

   1. hoogenergetische fosfordonoren zoals fosfo-enolpyruvaat

   2. fosfagenen (fosfocreatine en fosfoarginine)

2. oxidatieve fosforylering (aeroob proces, elektronentransportketen)

substraatniveaufosforylering met hoogenergetische fosfordonoren is mogelijk omdat

het afgeven van een fosfaatgroep aan ADP een exergonische reactie is, het energetisch gunstiger en gebeurt spontaan

wat zijn fosfagenen? (geef een vb.)

het zijn hoogenergetische fosfaatmoleculen die dienen als energieopslag in de spieren

vb. fosfocreatine

wat is het functionele verschil tussen ATP en fosfagenen?

ATP is een energiedrager

fosfagenen is een energie-reservoir

verschillen van energietransfer voor alle NTPs

ATP: universele energiedrager

GTP: energiedrager voor eiwitsynthese

UTP: energiedrager voor koolhydraatsynthese

CTP: energiedrager voor lipidensynthese

wat is de functie van nucleosidedifosfokinase?

het enzym vormt NTPs (nucleosidetrifosfaten) uit ATP

het verplaats een fosfaatgroep van ATP naar NDP

wat is de functie van pyrofosfatase

het enzym splits pyrofosfaat in twee fosfaatgroepen

wat is de functie van adenylaatkinase?

het enzym zet AMP om in ADP met verbruik van 1 ATP

de meeste metabolische energie komt van

de oxidatie van substraten

wat is substraatniveaufosforylering?

ATP-synthese doordat er een enzymgekatalyseerde reactie plaatsvindt waarbij een fosfaatgroep van het substraat overgedragen wordt aan ADP

substraatniveaufosforylering is een … proces

anaëroob

wat is oxidatieve fosforylering?

ATP-synthese met behulp van een protonengradiënt en ATPase, bij de elektronentransportketen worden er heel veel protonen in de intermembranaire ruimte gepompt, deze kunnen via ATPase opnieuw de mitochondriale matrix ingaan, hierbij komt veel energie vrij die ATPase gebruikt om een fosfaatgroep aan ADP te binden met de vorming van ATP

stappen in koolhydraatmetabolisme

1. glycolyse

2. oxidatieve decarboxylering

3. citroenzuurcyclus

4. elektronentransportketen + oxidatieve fosforylering

wat zijn snelle koolhydraten

eenvoudige koolhydraten, monosachariden en disachariden, een directe energiebron

wat zijn trage koolhydraten

meervoudige koolhydraten, polysachariden, complexere molecule met energie-opslag

de glycolyse is een … proces

anaëroob

anaërobe micro-organismen halen alle energie uit

de glycolyse

waar vindt de glycolyse plaats?

in het cytosol zowel in aërobe als anaërobe cellen

! het is een anaëroob proces

netto-reactie van de glycolyse

andere naam voor de glycolyse

Embden-Meyerhof-Parnas pathway/ EMP-pathway

reacties van de glycolyse (in woorden)

1. alfa-D-glucose → alfa-D-glucose-6-fosfaat, hexokinase

2. alfa-D-glucose-6-fosfaat ←→ alfa-D-fructose-6-fosfaat, isomerase

3. alfa-D-fructose-6-fosfaat → alfa-D-fructose-1,6-fosfaat, fosfofructokinase

4. alfa-D-fructose-1,6-fosfaat ←→ dihydroxyacetonfosfaat + D-glyceraldehyde-3-fosfaat , aldolase

5. dihydroxyacetonfosfaat ←→ D-glyceraldehyde-3-fosfaat , triosefosfaatisomerase

6. D-glyceraldehyde-3-fosfaat ←→ 1,3-bifosfoglyceraat, glyceraldehyde-3-fosfaat-dehydrogenase

7. 1,3-bifosfoglyceraat ←→ 3-fosfoglyceraat, fosfoglyceraatkinase

8. 3-fosfoglyceraat ←→ 2-fosfoglyceraat, fosfoglyceraatmutase

9. 2-fosfoglyceraat ←→ fosfo-enolpyruvaat, enolase

10. fosfo-enolpyruvaat → pyruvaat, pyruvaatkinase

welke reacties in de glycolyse verbruiken ATP

reactie 1 en 3

welke reacties in de glycolyse zorgen voor substraatniveaufosforylatie

reactie 7 en reactie 10

welke reacties van de glycolyse zijn endergonisch

reactie 2, reactie 4, reactie 5, reactie 6, reactie 8

controlepunten/ regulatiepunten in de glycolyse

reactie 1: hexokinase

reactie 3: het enzym fosfofructokinase

reactie 10: het enzym wordt ge(de)activeerd door (de)fosorylatie

dit zijn de drie irreversibele reacties van de glycolyse

alle intermediairen van de glycolyse zijn gefosforyleerd, dit houdt in:

dat ze allemaal een negatieve lading hebben en dat ze dus niet door membranen kunnen

dat de fosfaatgroepen dienen als herkenningspunten voor de enzymen

hormonale regulatie van de glycolyse, geef een vb van activatie en van remming

glucagon komt op gang bij lage serumglucose waarden en stopt de glycolyse

insuline komt op gang bij hoge bloedsuikerwaarden en activeert de glycolyse

wat weet je over hexokinase

hexokinase is een enzym dat werkzaam is in de glycolyse, het zet alfa-D-glucose om naar alfa-D-glucose-6-fosfaat en is dus een transferase (het verplaats de fosfaatgroep van ATP naar glucose)

het enzym heeft isozymen: er is per celtype een andere variant aanwezig van het enzym dat zijn eigen kinetische en regulatorische eigenschappen heeft

inhibitie door glucose-6-fosfaat

dit enzym is een van de enzymatische controlepunten van de glycolyse

wat weet je over fosfofructokinase

het is een enzym dat werkzaam is in de glycolyse, het is een tetrameer enzym waarvan de samenstelling weefselafhankelijk is (enzymkinetiek dus ook weefselafhankelijk)

het is een allosterisch enzym met een allosterische bindingsplaats voor AMP of ADP (activatie) OF er kan ook ATP op binnen (inhibitie), het wordt geremd door citraat uit de citroenzuurcyclus

ATP moet samen met fructose-6-fosfaat binden op actieve plaats om reactie te laten doorgaan

wat weet je over pyruvaatkinase

het is een tetrameer enzym waarvan de samenstelling weefselafhankelijk is

activatie door defosforylering

inhibitie/ remming door fosforylering

feedforward stimulatie: fructose-1,6-bifosfaat (uit reactie 2) stimuleert pyruvaatkinase

remming door hoge concentratie aan ATP en door hoge concentratie aan alanine

alanine kan snel reageren tot pyruvaat via transaminatie

anaërobe wegen na de glycolyse

pyruvaat omzetten naar lactaat via melkzuurdehydrogenase

pyruvaat omzetten naar ethanol via alcoholdehydrogenase

aërobe wegen na de glycolyse?

pyruvaat omzetten naar acetyl CoA (zodat het door membraan kan) en oxidatie in citroenzuurcyclus (+ oxidatie van NADH) in mitochondria

melkzuurmetabolisme

=melkzuurfermentatie

je hebt NADH + H⁺ nodig als elektronendrager

komt voor in de spieren

enzym: lactaat dehydrogenase

ethanolmetabolisme

pyruvaat omzetten in acetaldehyde door pyruvaatdecarboxylase

en dan in ethanol door alcoholdehydrogenase

wat is de functie van pyruvaatdecarboxylase

het omzetten van pyruvaat naar acetaldehyde

wat is de functie van alcoholdehydrogenase

het omzetten van acetaldehyde naar ethanol, het omzetten van ethanol naar acetaldehyde en het omzetten van acetaldehyde naar acetaat

wat is de gluconeogenese?

de vorming van glucose moleculen uit niet-koolhydraat precursoren

waar kan melkzuur (lactaat) omgezet worden in pyruvaat?

in de lever, onder anaërobe omstandigheden

de glycolyse en de gluconeogenese zijn elkaars tegenhangers, maar ze hebben wel andere enzymen die functioneel zijn bij de reacties, waarom?

op die manier zijn beide reactiesequenties apart van elkaar te reguleren

welke reacties van de glycolyse verlopen anders in de gluconeogenese en waarom?

reacties 1,3 en 10 omdat deze irreversibele reacties zijn

omzetting van di-, oligo- en polysachariden in monosachariden

via hydrolyse, bindingen breken met het vrijkomen van water

waar worden disachariden afgebroken in het lichaam

disachariden worden gehydrolyseerd in de dunne darm

wat zijn amylasen

een groep enzymen die bij de spijsvertering zetmeelketens verkleinen

alle amylasen verbreken alfa(1→4)glycosidebindingen

wat is alfa-amylase

het is een endoglycosidase, wat wilt zeggen dat het willekeurige alfa(1→4)glycosidebindingen binnenin de keten verbreekt en zo de zetmeelketen verkort tot dextrines en maltosen

wat zijn dextrines?

dextrines zijn kleine ketens die zowel alfa(1→4)glycosidebindingen bevat als alfa(1→6)glycosidebindingen

wat is bèta-amylase?

het is een exoglycosidase, het splitst een maltosemolule af aan het niet-reducerende uiteinde

wat is alfa(1→6)glucosidase?

het is een debranching enzym, het verbreekt de alfa(1→6)glycosidische bindingen op de dextrines

wat is glycogenolyse?

de afbraak/ het metabolisme van glycogeen

hoe gebeurt de glycogenolyse in de lever en de spieren?

door fosforolyse, een glucosemolecule wordt van de glycogeenketen afgehaald door het verbreken van een alfa(1→4)binding en reageert met een fosfaat tot glucose-1-fosfaat, wordt gekatalyseerd door glycogeenfosforylase

glucose-1-fosfaat wordt omgezet in glucose-6-fosfaat door fosfoglucomutase

er is een debranching enzym aanwezig dat bifunctioneel is:
het functioneert als een transferase doordat het 3 van de 4 overblijvende glucoses verplaatst naar het niet-reducerende einde via een nieuwe alfa(1→4)glycosidebinding

en het functioneert als alfa(1→6)glucosidase dat dat vierde glucosemolecuul verwijdert

wat is de functie van glycogeenfosforylase

het fosforyleert glucose om het vrij te stellen van glycogeen

wat is de functie van fosfoglucomutase

het zet glucose-1-fosfaat om in glucose-6-fosfaat