Hf 5, glycolyse en Fermentatie

Waaruit wordt Acetyl-CoA gemaakt en wat doet het?

Dit wordt gemaakt uit eiwitten, suikers, VZ, en glycerol.

Acetyl-CoA is de brandstof voor de KREB cyclus.

In de KREB cyclus zal Acetyl-CoA oxidatie reacties maken waarbij de elektornen worden overgedragen aan NADH en FADH2

Wat gebeurt er bij de beta-oxidatie kijkend naar Acetyl-CoA en NADH en FADH2

Tijdens de bèta-oxidatie worden vetzuurketens afgebroken tot brokstukken Acetyl-CoA. Bij elke stap in dit proces komen direct de energierijke elektronendragers $NADH$ en $FADH_2$ vrij, die als directe brandstof dienen voor de oxidatieve fosforylatie om $ATP$ te produceren. De vrijgekomen Acetyl-CoA stroomt vervolgens door naar de citroenzuurcyclus om daar nóg meer $NADH$ en $FADH_2$ te genereren. Zo haalt de cel op zowel directe als indirecte wijze een enorme hoeveelheid energie uit vetten.

Wat is de eerste stap van de glycose

Dit is de hexokinase reactie. Hierbij treedt een inverstering van ATP op. Het enzym hexokinase zal glucose fosforyleren op positie 6. Hiervoor wordt dus ATP gebruikt.

Glucose → Glucose 6-fosfaat

Waarom is het belangrijk dat glucose wordt omgezet in glucose-6-P in de eerste stap van de glycolyse?

1. Omdat anders glucose terug naar buiten zou transporteren via dezelfde transporter als waarmee hij naar binnen is gegaan. Glucose-6-P kan niet daarna buiten gaan met die transporter (geen affiniteit meer voor transporter)

2. Voor behoud van de Gradiënt (Concentratieverschil tussen binnen en buiten blijft zeer hoog)

3. Na een paar stappen wil je twee C3 moleculen vormen met elk een P gebonden. Dit is dus al een begin stap daarvoor

Wat zijn isoenzymen?

Dit is het feit dat voor elke reactie in de cel verschillende enzymen zijn die dezelfde reactie katalyseren. Dit worden isoenzymen genoemd.

Wat is de functie en de werking van isoenzymen?

• Eisen van een reactie zijn anders per orgaan (wat een lever van die reactie verlangt is anders dan wat de hersenen ervan verlangen)

• Door iso-enzymen zijn er andere snelheden van de reactie (per orgaan)

• Enzym Hexokinase en Glucokinase zorgen beide voor fosfaat op C6

• Verschillende iso-enzymen = sterkte van katalytische centrum kan verschillen, affiniteit, snelheid van de reactie.

• Hexokinase (hersenen): lage Km → Hoge affiniteit voor Glucose, Lage Vmax (bereikt sneller een plateau)

• Hoge affiniteit is belangirjk zodanig dat de HErsenen voldoende Glucose hebben ook bij een lage glucoseconcentratie (nuchter zijn)

• Glucokinase (Lever): Hoge Km → lage affiniteit voor glucose, hoge Vmax

• De lever is een veel groter orgaan dan de hersenen → maar door lage Km krijgt de hersenen meer glucose tussen maaltijden

• Na een maaltijd → hoge glucoseconcentratie (voldoende voor lever en hersenen) → lever gaat glucose omzetten naar glycogeen.

Wat is stap 2 van de glycolyse?

Dit is de fosfohexose isomerase reactie. Hierbij zal het enzym fosfoglucose isomerase het glucose 6-fosfaat zesring omzetten naar de fructose-6-fosfaat vijfring. Hierbij wordt de ring korter afgesloten.

Wat is de 3e stap van de glycolyse?

Dit is de fosfofructokinase reactie. Dit is een regelende stap die de snelheid gaat bepalen. Hij bepaalt dus hoe snel of traag de pathway gaat draaien. Hierbij zal het enzym fosfofructokinase de 1e positie op fructose fosforyleren waarbij ATP wordt gebruikt.

Fructose-6-fosfaat → Fructose 1,6-bifosfaat

De concentratie van bepaalde moleculen zorgen er voor dat er niet te veel energie wordt gemaakt:

• Trager (voldoende energie): ATP, Citraat (intermediair van KREBscyclus)

• Sneller (tekort energie): AMP, Fructose-2,6-Bisfosfaat

Wat is stap 4 van de glycolyse?

Dit is de aldolase reactie. Hierbij wordt de 6-koolstof suiker gesplitst in twee 3-koolstofmoleuclen. Dit zijn: Dihydroxyacetine fosfaat en Glyceraldehyde-3-fosfaat. De eerder genoemde is een dood punt en moet omgezet wroden in het later genoemde.

Fructose 1,6-bifosfaat → Dihydroxyacetone fosfaat + Glyceraldehyde 3-fosfaat.

Wat is stap 5 van de glycolyse?

Dit is de triosefosfaatisomerase reactie. Hierbij wordt dus dihydroxyacetonfosfaat omgezet naar glyceraldehyde 3-fosfaat. Dit gebeurt met het enzym triosefosfaat

Wat is stap 6 van de glycolyse?

Dit is de glyceraldehyde 3-fosfaat dehydrogenase reactie. hierbij worden 2 moleculen glyceraldehyde 3-fosfaat geoxideerd. Hierbij gaan ze van een aldehyde functie naar een carboxyl functie. Dit is ook meteen de start van de energiewinnings fase van de glycolyse. NADH wordt gevormd en een fosfaatgroep belandt op een O-atoom. De reactie wordt uitgevoerd door het enzym: Glyceraldehyde-3-phosphate dehydrogenase

Glyceraldehyde 3-fosfaat → 1,3 bifosfaatglyceraat + NADH

Wat is de enzymatische werking van Glyceraldehyde-3-phsphate dehydrogenase in de 6e stap van de glycolyse?

Het enzyme bevat een cysteïne (met SH) in zijn katalytische centrum. Ook is NAD+ niet covalent gebonden aan het enzym.

1. Glyceraldehyde-3-fosfaat gaat covalent de cysteine van het enzym binden.

2. NAD+ gaat 2 protonen onttrekken van Glyceraldehyde-3-fosfaat (oxidatie) → Vorming van NADH en tweede H+ komt los in de oplossing.

3. NADH komt los en wordt vervangen door terug een NAD+ (zorgen dat het enzym terug een cyclus kan doorgaan).

4. Bij Glyceraldehyde-3-fosfaat wordt C (die dubbel gebonden is aan O) elektronen arm (partieel positief) → O en S wordt partieel negatief (trekt elektronen naar zich toe)

   1. C wordt heel vatbaar voor een nucleofiele aanval

   2. Fosfaatgroep gaat binden op de C

   3. Energierijke moleculen is gevormd (1,3 bifosfoglyceraat)

Energetisch gunstige reactie (oxidatie) → Deze energie wordt gevormd door omzetting van NAD → NADH en voor de vorming van een energierijke binding.

Wat is de 7e stap van de glycolyse reactie?

Dit is de fosfoglyceraat kinase reactie. Hiebij treedt de eerste vorming van ATP op.

Het enzym fosfoglyceraat kinase transfereert een fosfaatgroep naar ADP zodat ATP wordt gevormd. Dit heeft een sterk negatieve ΔG, want er ontstaat resonantie

1,3 Bifosfoglyceraat → 3-fosfoglyceraat + ATP

Wat is stap 8 van de glycolyse?

Dit is de fosfoglyceraat mutase reactie. Hierbij zullen de overblijvende fosfatesterbinding in 3-fosfoglyceraat wordt verplaats van koolstof 3 naar koolstof 2 om 2-fosfoglyceraat te vormen.

3-fosfoglyceraat → 2 fosfoglyceraat

Wat is stap 9 van de glycolyse?

Dit is de endolase reactie. De verwijdering van water uit 2-fosfoglyceraat zorgt voor de vorming van een hoge energie fosfaatverbinding.

Je krijgt een dikke dubbele binding door het verwijderen van water → dit zorgt ervoor dat de binding tussen P en molecuul enorm energierijk is.

De negatieve lading van de elektronenwolk rond de dubbele binding en de fosfaatgroep die in de buurt ligt: beginnen elkaar af te stoten → De fosfaatgroep heeft de neiging om zich af te splitsen.

Enzym: enolase

2-fosfoglyceraat → fosfoenolpyruvaat + H2O

Wat is stap 10 van de glycolyse?

Dit is de pyruvaat kinase reactie. Dit is de transfer van een fosfaatgroep naar ADP. Er wordt ATP gevormd. Eindproduct: Pyruvaat. Pyruvaat in enolvorm gaat tautomeriseren tot pyruvaat in de Keto-vorm → laag energieniveau

Fosfoenolpyruvaat + ADP → Pyruvaat + ATP

Wat is de energiebalans van de glycolyse?

Eerst moet men 2 ATP inversteren. Op het einde zal juist 4 ATP en 2 NADH gevormd zijn.

Wat zijn de niet omkeerbare stappen?

Dit zijn de stappen met negateive delta G. Dit zijn de snelheidsbepalende stappen. Ze hebben dus een sterke invloed in welke stap de reactie gaat verlopen. Bij omkeerbare stappen weet je niet 100% zeker in welke richting de reactie gaat verlopen. Daarom wil je de snelheid beinvloeden van de pathway doen bij de onomkeerbare stappen zodat dat je de richting van de reactie kan beinvleoden.

Wat gebeurt er ter hoogte van omkeerbare stappen?

Enzyem bevel gegeven om sneller te werken dan weet je niet wat het resultaat gaat zijn. Want het hangt af van de concentratie van reagentia en eindproudct → dit mag niet (reactie van glycolyse moet in 1 richting bewegen.

De regelende stap: vooraan in de pathway → om te bepalen hoeveel pyruvaat er gevormd moet worden.

Regelende stappen liggen ter hoofte van:

1. onomkeerbare stappen

2. Redelijk vooraan in de pathway.

regelende stap bij stap 3 is ook belangrijk omdat Glucose-6-P ook gebruikt wordt in andere pathway (vorming van glycogeen) → Stap 3 is uniek voor de glycolyse.

Linkerkant = aeroob → netto gezien = 32 ATP per glucose er worden meer ATP aangemaakt in de mitochondrien

Rechterkant = Anaeroob → 2 ATP gevormd per 1 molecuul glucose

Pasteur effect = in anaerobe omstandigheden heeft de cel meer glucose nodig om dezelfde hoeveelheid ATP te maken als een cel in aërobe omstandigheden.

Wat kunnen we allemaal doen met pyruvaat (eindprocut van glycolyse)?

1. Omzetting naar acetyl-CoA (door PDH) → Dit wordt gebruikt door de KREBscyclus

2. Omzetting naar Oxaalazijnzuur (pyruvaat wordt dan gecarboxyleerd) = is een intermediair van de KREBscyclus → dit is een belangrijke stap als er te weinig oxaalazijnzuur aanwezig is.

3. In anaerobe omstandigheden: verwerking tot lactaat (dieren) of tot ethanol (in gisten en bepaalde bacterien)

Waarom is de verwerking van lactaat zeer belangrijk?

Dit is zeer belangrijk want het is belangrijk voor NAD+ te vormen.

• Als je de glycolyse blijft doen wordt er steeds NADH gevormd.

• NAD+ zal dan opraken en de glycolyse zal stilvalen

• Vorming van NAD+ zodanig dat de glycolyse niet stilvalt

Waarvoor kan lactaat nuttig zijn?

• Als een spier zuurstoftekort heeft komt de spier in Anaerobe omstandigheden. Dit zal leiden tot de vorming van lactaat. Dit lekt uit de spier en komt in het bloed terecht. Het zal via het bloedvatenstelsel naar de lever worden getransporteerd waar het kan worden omgezet naar pyruvaat (1) door lever lactaat dehydrogenase (NAD+ → NADH) of naar glucose (2). Er kan dus nog aan energiewinning gedaan worden. Dit is de Cori cylcus.

• Er mag niet te veel in het bloed aanwezig zijn want lactaat is zuur en dus kan het leiden tot aanzuring van het bloed.

  • De pH zorgt voor de ladingstoestand van eiwitten (bij verandering van pH → eiwitten kunnen niet meer interageren met bepaalde R → ernstige verstroign)

Wat is lactaat acidose en wat zijn de oorzaken?

Het is een ernstige pathologie:

1. Het kan komen door verhoogde productie van lactaat

2. Verminderde verbruik van lactaat.

Oorzaken:

1. Leverdysfunctie: als de lever niet goed werkt

2. Alcoholisme: lever werkt minder goed (beschadiging van lever door alcohol)

3. Shock: Elke toestand waarbij de aanvoer van zuurstof naar de weefsels niet overeenkomt met wat de weefsels willen qua aanvoer van zuurstof

   1. Er wordt veel minder zuurstof naar de weefsel vervoerd dan wat de weefsels nodig hebben.

   2. Bv. Ernstig hartinfarct, allergische reacite, veel bloedverlies bij ongeval

   3. Bij een allergische reactie = anafylactische shock → Stoffen worden vrijgesteld door immuuncellen waardoor er vasodilatatie gaat zijn → Dit zorgt voor daling van de bloeddruk.

4. Kwaardaardige tumoren: tumoren hebben vaak een slecht vaatbed.

   1. Ze delen snel → dus hebben veel energie en zuurstof nodig.

   2. Ze hebben veel zuurstof en energie nodig maar een slecht vaatbed → ze komen in anaerobe toestand

   3. Tumoren gaan veel glycolyse doen om veel ATP te produceren → Er zal veel lactaat geproduceerd worden.

Wat produceren sommige gisten en bacterien in anaerobe omstandigheden?

Ze produceren dan ethanol. Dit wordt gedaan voor hetzelfde probleem = vorming van NAD+

1. Pyruvaat wordt eerst gedecarboxyleerd tot acetaldehyde

2. Acetaldehyde wordt gereduceerd tot Ethanol.

Welke andere suikers kunnen aanlsuiten op de glycolyse en wat is de klassieke pathway?

De klassieke pathway is glucose gebruiken voor glycolyse

De andere suikers zijn:

1. Sucrose: Sucrse (bevindt zich op Brush Border van dunne darm) splitst het in glucose en Fructose

2. Lactose: lactase splitst in glucose en galactose

3. Mannose: Fosforyleren en daarna isomeriseren tot fructose-6-P

Glycogeen: opgeslagen in de spieren van vlees

Zetmeel: opgeslagen in een aardappel, pasta

Zetmeel (starch): amylase werkt hierop in:

• Aangemaakt in speekselklier (alpha-amylase) en pancreas

• De voedselbrij komt in de maag terecht → Zure pH van maag gaat de amylase doen stoppen met werken

• Daarna komt het in de darmen terecht → Pancreas gaat amylase secreteren in de dunne darm.

Wat is lactose intolerantie en hoe ontstaat het?

LActose intolerantie ontstaat door lactase fediciëntie

• Er is een lage lactase genexpressie → Geen vertering van lactose

• Lactose blijft in de darm staan → Bacterien in de darm nemen de suiker op voor hun eigen metabolisme

• Gas wordt geproduceerd en allerlei zuren worden geproduceerd die de darmen irriteren

• Krampen, diarree (door stijging van de osmolariteit in de darmen), samentrekkingen van de geprikkelde darmen.

Hoe werkt het metabolisme van glycerol (3C)?

Triglycerdien (uit de voeidng) splitsen in → Glycerol + 3 VZ

Glycerol kan worden opgenomen

1. Daarna wordt het gefosforyleerd door Glycerol kinase

2. Daarna wordt het gehydrogeneerd door glycerol fosfaat dehydrogenase

3. Vorming van dihydroxyacetonfosfaat

4. Omzetting naar glyceraldehyde 3-fosfaat (sluit aan op de glycolyse)