Thuis
Contacten

    Hoofdpagina


Metabolisme en voeding samenvatting Introductiecollege Metabolisme en voeding J. Kruit

Dovnload 105.66 Kb.

Metabolisme en voeding samenvatting Introductiecollege Metabolisme en voeding J. Kruit



Pagina1/3
Datum04.04.2017
Grootte105.66 Kb.

Dovnload 105.66 Kb.
  1   2   3


Metabolisme en voeding samenvatting

Introductiecollege Metabolisme en voeding J. Kruit

Een goed afgesteld metabolisme voorkomt dat je ziek wordt, voeding heeft veel invloed op het metabolisme. Microbiota in je darm hebben invloed op hoe voedsel verwerkt wordt, het kan voorspellend werken over hoe je omgaat met voeding.



Catabole pathways: reacties die energie opleveren, voeding wordt afgebroken.

Anabole pathways: reacties die energie kosten, hierbij worden stoffen gemaakt. Bijvoorbeeld eiwitten en vetten.
College 1 Energie metabolisme J. Kruit

Er zijn veel metabolische reacties, deze staan alleemaal met elkaar in verbinding. Als er in één reactie iets mis gaat dan heeft dat vervolgens invloed op allerlei andere reacties. Een goede regulering is dan ook van belang.

Een van de belangrijkste metabolische reacties is: ATP↔ADP

Van ATPADP levert energie op dat gebruikt kan worden bij beweging, transport, biosynthese enz.

Van ADP ATP kost energie en gebeurt in mensen door oxidatie van brandstofmoleculen(voeding). Fotosynthese zorgt hiervoor in planten.

ATP is een redelijk instabiel molecuul, de negatieve ladingen van fosfaat stoten elkaar af, dit levert energie op. Het betekent echter ook dat ATP nooit lang in stand gehouden kan worden. Wanneer ATP hydrolyseert tot ADP komt energie vrij doordat het molecuul van een hogere energietoestand naar een lagere gaat. Spieren kunnen hierdoor bijvoorbeeld samentrekken.

ATP is doordat het zo instabiel is na 4 seconden bewegen op. Hierna moet ATP op andere manieren vrij gemaakt worden. Eerst via creatinefosfaat, dit zit in de spieren, wanneer het afgebroken wordt komt energie vrij. Ook dit raakt snel op. Hierna wordt verder gegaan met aerobische en anearobische verbranding. Aerobische verbranding is effectiever en minder belastend voor het lichaam omdat dan voedsel verbrand wordt. Hierbij komt H+ vrij dat een gradiënt creëert die nodig is voor de vorming van ATP.

Verbranding van brandstof gaat in 3 fasen



  1. Voedsel wordt afgebroken in kleinere moleculen

  • Vetten  vrije vetzuren(FFA) en glycerol

  • Koolhydraten  glucose en andere kleinere sachariden

  • Eiwitten  aminozuren

Hierbij komt bijna geen energie vrij

  1. Acetyl coA wordt gevormd uit glucose(glycolyse), maar ook uit FFA en aminozuren. Dit levert een beetje ATP op.

  2. Citroenzuurcyclus, dit levert de meeste energie op.

Glycolyse: De omzetting van glucose tot pyruvaat. Hierbij komt ATP vrij. Het pyruvaat wordt vervolgens gebruikt in mitochondriën(normale inspanning/O2 levels) of tijdens lactaat(laag O2 in spieren). Bestaat ook weer uit verschillende fases.

  1. Er zijn twee stappen die energie kosten, namelijk bij hexokinase en phosphofructokinase. Deze stappen zijn om deze reden niet reversibel. Dit deel van de glycolyse kost 2 ATP.

  2. De tweede fase gaat 2x, uit één glucose molecuul worden dus 2 pyruvaat moleculen gevormd. Er zijn twee stappen waarbij energie vrijkomt. Namelijk bij phosphoglyceraat kinase en pyruvaat kinase. In totaal komt hier dus 4 ATP vrij. Daarnaast komt er ook nog 2NADH vrij. Het NADH moet omgezet worden naar NAD+ gebeurt dit niet dan stopt de glycolyse. De omzetting van pyruvaat naar ethanol en lactaat is dan ook van belang om de redox balans te behouden. Deze twee reacties zijn anaeroob.

Er is ook een aerobe pathway waarbij pyrufaat omgezet wordt tot acetyl CoA, dit levert meer engergie op.

  1. Wanneer er tijdens rust weinig ATP nodig is, dan ontstaat erveel glucose-6 fosfaat, deze stof geeft negatieve terugkoppeling op hexokinase waardoor de glycolyse geremd wordt. Rem je de glycolyse niet dan is er te veel ATP. Te veel ATP zorgt ook voor remming van de glycolyse.

  2. Bij lage ATP gehaltes is er positieve feedback die voor een stimulering van de glycolyse zorgt.

Glycolyse in tumoren is hoog, dit komt doordat ze veel glucose verbruiken bij groei en deling. Zuurstof tekort in tumoren zorgt voor HIF1 activatie die weer zorgt voor vaatgroei en een toename van glycolyse enzymen.

ATP is de universele drager van energie

Tijdens glycolyse wordt glucose omgezet in 2 pyruvaatmoleculen, dit levert netto 2 ATP en 2NADH moleculen op.

NAD+ word geregenereerd door oxidatie van Acetyl CoA of door reductie van pyrovaat tot lactaat en ethanol.

Regulatie van gycolyse vindt plaats door regulatie van hexokinase, fosfofructokinase en pyruvaat kinase.

Citroenzuurcyclus

Voor pyruvaat de citroenzuurcylcus kan betreden moet het omgezet worden tot Acetyl CoA. Ook dit proces is een irreversibel proces

De omzetting van pyruvaat naar acetyl coA wordt geregeld door pyruvaat dehydrogenase(PDH), hierbij wordt NAD+ naar NADH omgezet. De aanwezigheid van ATP, NADH en Acetyl coA hebben een remmen de regulering van PDH. De aanwezigheid van ADP en pyruvaat stimuleren de omzetting juist.

Ook in de citroenzuurcyclus zitten een paar punten die voor regulering zorgen. Zie afbeelding

Deze regulering is nodig, omdat de cyclus ook voor grondstoffen zorgt, wanneer je dus de hele cyclus remt zijn deze grondstoffen ook niet meer beschikbaar. Voor de grondstoffen die de citroenzuurcyclus oplevert zie de afbeelding hieronder.

Tussen de citroenzuurcyclus en de oxidatieve fosforylering is een koppeling. De elektronen die vrij komen tijdens de citroenzuurcyclus worden namelijk gebruikt bij de vorming van de gradiënt die nodig is om ADP in ATP om te zetten. Er zijn 5 elektronenpompen die een rol spelen bij het elektron transport over het membraan. De ATP synthase gebeurt in de mitochondriën. Protonen worden de mitochondrie ingepompt veroorzaken een gradiënt  ATP synthase.



Ontkoppeling OxFos

UCP1 is een ontkoppelingseiwit, wat geactiveerd wordt door vrije vetzuren. Hierdoor is er proton instroom, waardoor het gradiënt verdwijnt en ATP vorming niet meer efficiënt is. Dit proces verstoord het metabolisme. Tijdnes dit proces komt hitte vrij, de verbranding blijft namelijk doorgaan zonder dat er ATP vrijkomt. Dit proces is erg interessant bij diëten omdat je dan vet verbrand zonder dat je veel hoeft te bewegen. UCP1 speelt een rol in bruinvetweefsel, het zorgt namelijk voor thermogenese bij bv onderkoeling.


Pyruvaat dehydrogenese verbindt de glycolyse met de citroenzuurcyclus

De citroenzuurcyclus oxideert acetylgroep tot CO2. Netto levert dit 1 ATP, 2 NADH en 1 FADH op.

Koppeling citroenzuurcyclus met oxidatieve fosforylering levert ATP op

Elektron transport keten zorgt voor protonen gradient. Protonen gradient zorgt voor ATP synthese.

College 2 Koolhydraat metabolisme J. Kruit

Glucose in het bloed moet sterk gereguleerd worden, gebeurt dit niet dan:

Hypoglykemie: Een te laag bloedsuikergehalte. Je wordt duizelig, begint te trillen, zweten enz.

Hyperglykemie: Een te hoog bloedsuiker. Je wordt dorstig, moe, hongerig enz.

In beide gevallen kun je uiteindelijk in coma raken.

Een goede glucosehomeostase is dus van belang, deze moet ervoor zorgen dat de bloed glucose waardes altijd tussen de 4-6 mM zijn.

Koolhydraten krijg je binnen via voeding, er zijn verschillende soorten


  • Monosachariden: deze kunnen rechtstreeks in het bloed opgenomen worden

  • Disachariden: moeten afgebroken worden tot monosachariden voor ze opgenomen kunnen worden.

  • Polysachariden: moeten ook afgebroken worden. Gebeurt net als disachariden in de dunne darm.

    • α-glucosides: bijvoorbeeld zetmeel en glycogeen, zijn afbreekbaar

    • β-glucosides: bijvoorbeeld cellulose, niet afbreekbaar in de dunne darm, klein beetje in dikke darm.

Lactase is een bijzonder koolhydraat, bij mensen kan het in de darmen afgebroken worden met behulp van het enzym lactase. De meeste dieren hebben het enzym lactase niet en sommige mensen ook niet. Deze dieren/mensen breken lactase af mbv bacteriën. Wat een opgeblazen gevoel geeft door gassen die erbij vrij komen. Ook hebben deze mensen vaker last van diarree.

Koolhydraat absorptie

  1. enzymen op het darm lumen digesteren disachariden tot monosachariden.

  2. Door diffusie of actief transport via SGLT receptoren gaan monosachariden de cellen binnen.

  3. De opgenomen monosachariden verlaten de epitheelcellen via GLUT receptoren en diffusie en komen zo in het bloed terecht.

  4. Bloed transporteert de glucosemoleculen naar andere cellen in het lichaam.

Insuline speelt een belangrijke rol in de regulatie van dit proces. Insuline wordt door de β cellen van de pancreas afgegeven, wanneer de bloedglucose gehaltes stijgen. In deze cellen vind vervolgens glycolyse plaats waarna ATP gevormd wordt, ATP zorgt voor een gradiënt die vervolgens het signaal is voor insuline afgifte. Je wil dus dat glycolyse in de betacellen niet geremd wordt, want ATP zorgt voor de terugkoppeling die nodig is voor insuline afgifte. Hierdoor zijn de GLUT receptoren op de pancreas beta cel ook veel minder gevoelig voor glucose dan op normale celen. Hierdoor is er altijd glucose instroom in beta cellen mogelijk. Het hexokinase is in de glycolyse in de β cel dan ook vervangen voor een ander molecuul(glucokinase) dat dezelfde functie heeft, maar de glycolyse niet remt. Glucokinase zorgt pas voor remming als de bloedsuikerlevels normaal zijn.
Insuline is noodzakelijk om de glucose piek weg te werken. In spier en vetweefsel activeert insuline de insulinereceptoren, deze geven signalen af die zorgen voor een translocatie van de GLUT 4 receptor, waardoor deze open gaat staan en glucose de cel binnen laat. Hierna vindt onder andere glycogeen, vet en eiwit synthese plaats. Ook vind er groei en genexpressie plaats.

Spier en vetweefsel bufferen de bloedglucose waarden, in spieren wordt glucose opgeslagen als glycogeen en in vetweefsel wordt het gebruikt voor vetsynthese.


Glycogeen

Glycogeen is een glucose polymeer. In spier en lever cellen is glycogeen zichtbaar als kleine zwarte bolletjes. Insuline zorgt voor de omzetting van glucose naar glycogeen. Glycogeen moet ook afgebroken worden wanneer er vraag naar energie/glucose is.

Deze pathway wordt gereguleerd door glucagon en epinefrine. Deze stoffen komen vrij bij vasten en beweging en induceren vervolgens de afbraak van glycogeen.

Glycogeen opslag is genoeg voor één dag vasten, daarna moet het lichaam ene andere bron van energie vinden omdat er dan niet meer genoeg glucose in het bloed is.


Na een maaltijd stijgt bloedglucose, hierdoor wordt insuline afgegeven.

Insuline bindt aan de insuline receptor in de spier en vetcellen, waarna GLUT4 naar het plasmamebraan wordt vervoerd. Hierdoor vindt insuline afhankelijke glucose opname plaats.

Glucose wordt opgeslagen in de spier en lever in de vorm van glycogeen. Vasten of inspanning resulteert in de afbraak van glycogeen.

Glycogeen opslag is genoeg voor één dag vasten.

Wat gebeurt er als de bloedglucose waardes te laag worden?

Neuronen doen hun werk niet meer goed, want glucose is primaire energie bron. In neuronen kan geen vervangende vetzuuroxidatie plaats vinden, daarom ketonoxidatie, maar dit is toxisch.

Ook rode bloedcellen functioneren niet meer, want zij hebben geen mitochondriën en kunnen dus niet anders dan op energie van glucose leven.

Er moet gluconeogenese plaats vinden.

Gluconeogenese

Vorming van nieuw glucose uit pyruvaat. Grondstoffen voor gluconeogenese en dus pyruvaat zijn lactaat, aminozuren en glycerol. Proces vindt plaats in de lever, kleine rol voor nieren.

Voor de vorming van pyruvaat uit lactaat en sommige aminozuren en oxaloacetaat uit sommige aminozuren is energie nodig. Gluconeognese levert dus geen ATP op.

Doordat glycolyse en gluconeogenese tegengestelde processen zijn is de manier van reguleren ook tegengesteld.

Lactaat dat vrijkomt bij glycolyse in de spieren kan in de lever gebruikt worden voor gluconeogenese.
Wanneer glucose huishouding verstoord is heb je in de meeste gevallen last van diabetes.

College 3 Vetmetabolisme A J. Kruit

Er zijn twee soorten vetzuren



  • Verzadigd: geen dubbele bindingen

  • Onverzadigd: Met een of meer dubbele bindingen

    • Trans: H-atomen zitten aan tegengestelde kant van het molecuul. Dit zijn de ongezonde vetzuren, dit zijn vetten die hard zijn en blijven. Ze zitten bijvoorbeeld in frituurvet, magarine, koekjes etc. Deze vetten worden met een verhoogde kans op hart en vaatziekten gecorreleerd.

    • Cis: h-atomen aan dezelfde kant.

    • ω -klasse vetzuren zijn essentiële vetzuren die we uit het voedsel moeten halen.

Vetzuren kunnen gebruikt worden als

  • brandstof

  • Bron van bouwstenen voor fosfolipiden en glycolipiden

  • Als (transport)signaalmoleculen op eiwitten.

  • Bouwstenen voor hormonen en intracellulaire signaalmoleculen

Vetten bestaan uit drie vetzuurketens en een glycerol molecuul, dit noemen we een triglyceride. Vet wordt als triglyceride opgeslagen in een adipocyt. Een adipocyt bestaat uit een grote vetdruppel met daaromheen de organellen.

Wanneer je vast kun je een dag overleven op je glycogeen reserves. Daarna kun je ongeveer 12 dagen vasten op eiwitten. Hierna moet je overgaan op vetverbranding dan kun je het nog 60 dagen volhouden. Triglyceriden zijn ideaal als energie opslag omdat het een energierijk molecuul is, daarnaast zijn triglyceriden stabiele stoffen. Reageren ze niet met de omgeving en hebben ze buiten de rol als bouwstof geen andere functie in het lichaam. Doordat vet hydrofoob is en water afstoot kan het goed opgeslagen worden, het lost namelijk niet op in water zoals eiwitten en glycogeen wel doen.

Als je vet binnenkrijgt via voeding bestaat het uit een grote klomp vet, dit moet verteerd worden tot kleinere klompjes. Dit gebeurt via emulgatie met galzouten. De productie van galzouten kost veel energie, daarom worden ze aan het einde van de dunne darm weer opgenomen in het bloed en terug naar de lever getransporteerd.

Voor de productie van galzouten wordt het molecuul cholesterol gebruikt. Galzouten worden in de lever geproduceerd en in de galblaas opgeslagen, via de galgang komen ze in de dunne darm.

Als de galgang verstopt is dan worden vetten niet meer afgebroken. Ook kunnen in vet oplosbare vitaminen niet meer opgenomen worden en is de afbraak van hemoglobine niet goed mogelijk.

De kleinere klompjes vet zijn na emulgatie met galzouten te bereiken door lipases die de vetten verder verteren tot monoglyceriden en vrij vetzuren. Hierna worden ze de darmcel in getransporteerd waar ze weer tot triglyceride gevormd worden. Deze triglyceriden aggregeren vervolgens tot chylomicronen, die omringd worden met lipoprotein. Via exocytose komen de chylomicronen vervolgens in de lymfebaan en daarna in het bloed waar ze verder verspreid worden over het lichaam. In de lymfevaten worden vervolgens door lipoprotein lipase(LPL) vrij vetzuren uit de chylomicron gehaald die in vetweefsel opgenomen kunnen worden. De overgebleven delen van het chylomicron wordt door de lever geklaard. Deze vorming van chylomicronen gebeurt alleen bij lange vetzuurketens, korter ketens kunnen na binding met albumine gewoon in het bloed opgenomen worden.



Galzouten en lipases zijn belangrijk voor de opname van vetten door de darm.

In de enterocyt worden triglyceriden opnieuw uit glycerol en vetzuren gevormd, waarna deze worden ingebouwd in chylomicronen en uitgescheiden via het lymfesysteem.

Lipoproteine lipase (LPL) hydrolyseert de triglyceriden tot vrije vetzuren die kunnen worden opgenomen door weefsels.
Wanneer iemand last heeft van LPL deficientie zie je dat deze persoon extreem hoge triglyceride waardes in zijn bloed heeft. Ook hebben deze mensen vaak een groeiachterstand doordat ze minder energie voor groeit tot hun beschikking hebben. Dit komt doordat vetten niet meer gehydroliseert worden en er dus heel veel chylomicronen in het bloed blijven zitten.

Bij vasten en beweging is de verbranding van vetten nodig. Hiervoor moeten signalen afgegeven worden. Bij vasten is dit de afgifte van glucagon en bij bewegen de afgifte van adrenaline. Deze stoffen activeren een receptor op vetweefsel die vervolgens een pathway activeert waarbij triglyceriden afgbroken worden tot FFA en glycerol. Glycerol wordt in de levercel gebruikt voor de glycolyse(eindproduct pyruvaat) of gluconeogenese(eindproduct glucose). FFA worden in andere weefsels gebruikt voor vetzuuroxidatie via de citroenzuurcyclus.



Vetzuur oxidatie

  1. FFA + CoA + ATP -> acyl Coa vind plaats in het cytosol

  2. Nu transport naar mitochondriën, hier reageert acyl CoA met Carnitine, waarbij acyl carnitine en CoA gevormd worden.

  3. Deze stappen kunnen weer ongedaan gemaakt worden, maar het kost in principe ATP. Het is nodig om acyl coA over het mitochondrie membraan te laten transloceren.

  4. Acyl CoA wordt vervolgens gebruikt in de citroenzuurcyclus.

De citroenzuurcyclus levert int totaal 10 ATP moleculen op, namelijk 3 NADH= 3x 2,5 ATP, 1FADH2 =1,5 ATP en 1 GTP= 1ATP
Rekenvoorbeeld: Een palmitaat molecuul. Heeft 16 C atomen, hieruit kunnen 8 acetyl CoA gevormd worden, samen levert dit 8x10= 80 ATP op. Daarnaast komt er bij de afbraakt van het molecuul tot acetyl CoA ook nog 7 NADH en 7FADH2 vrij.

Dit is dus 7x2,5 + 7x1,5 = 28 ATP

De activatie van palimitaat kost 2 ATP.

Uiteindelijk dus 106 ATP.


Oxaloacetaat is nodig voor acetyl CoA om de citroenzuurcyclus te betreden. Er is weinig oxaloacetaat wanneer mensen

  • Vasten

  • Diabetes hebben

  • Een ketogeen dieet volgen

Dit omdat tijdens deze processen de lever geen vetzuren kan verbranden. Het gebruikt daarom oxaloacetaat.

Wanneer lichaamsuikers niet genoeg energie leveren, gaat het lichaam over op de afbraak van vetzuurketens, dit wordt ook wel ketogenese genoemd. Hierbij worden ketonen gevormd die als brandstof kunnen dienen in cellen. Dit proces vindt plaats in de lever. De levercel heeft hiervoor vetzuren nodig, die het om zet tot acetyl coA en vervolgens tot ketonen. De ketonen gaan via het bloed naar andere weefsels waar ze gebruikt worden in de citroenzuurcyclus.

Wanneer er teveel ketonen gevormd worden doordat er geen glucose is dan spreek je van keto-acidose. Hierdoor daalt de pH van het bloed en kun je in coma raken. Dit gebeurt bijvoorbeeld bij diabetes type 1.
Tijdens vasten en intensieve beweging stimuleren glucagon en adrenaline de triglyceride afbraak in de adipocyten.

Glycerol gaat via het bloed naar de lever. Glycerol wordt gebruikt voor gluconeogenese.

Vrije vetzuren worden gebruikt voor energie generatie via de vetzuur oxidatie.

In de lever wordt tijdens vasten oxaloacetaat gebruikt voor gluconeogenese. Acetyl CoA van vrij vetzuren worden gebruikt voor ketonen formatie.

Tijdens vasten worden vetten afgebroken tot vrije vetzuren, de meeste hiervan komen via LDL receptoren in de lever en worden in de lever tot deeltjes die VLDL(very low density lipids) heten gegenereerd. VLDLs zijn kleiner dan chylomicronen die veel makkelijker vetzuren transporteren. De VLDLs worden nog wel omgezet tot LDLs die geassocieerd worden met een groter risico op hart en vaat ziekten. Dit komt doordat ze gemakkelijk cellen kunnen betreden. Bijvoorbeeld macrofagen, deze gaan dan vervolgens reageren met de bloedvatwand waar ze voor artherosclerose zorgen.


De meeste vetzuren krijg je uit je voeding binnen, maar het is in de lever mogelijk vrije vetzuren te synthetiseren. Meestal is pathologisch, een voorbeeld hiervan is een vette lever als gevolg van insuline resistentie bij diabetes.


College 4 Vetmetabolisme B U. Tietge

Cholesterol: is een essentiele voedingstof voor alle vertebraten. Het is een bouwstof voor steroïd hormonen en reageert ook met galzouten. Het cholesterol metabolisme is sterk gereguleerd. De synthese kost veel energie, namelijk 18 ATP en 16 NADH. De lever is van belang bij cholesterol metabolisme. Cholesterol is onoplosbaar in water. Cholesterol kan niet afgebroken worden door zoogdieren.



Cholesterol metabolisme: Komt het lichaam in door voedsel, of wordt nieuw gesynthetiseerd. Gaat het lichaam uit via ontlasting, omzetting naar galzouten. Dit doet het door eerst omgezet te worden een oxysterol en daarna tot galzout.

Cellulair cholesterol metabolisme:

De cholesterol synthese regulatie wordt streng gecontroleerd, hiervoor is sprake van zowel positieve als negatieve terugkoppeling.

De regulatie vindt plaats in het ER en hier zijn drie eiwitten bij betrokken.


  • Insig

  • SCAP

  • SREBP

SCAP ligt tussen Insig en SREBP in, wanneer er in SCAP cholesterol aanwezig is, dan is SCAP gebonden aan Insig en SREBP. Gaat het cholesterol level naar beneden dan laat SCAP Insig los en SREBP ook een klein beetje. Hierdoor wordt een receptor op het golgi systeem geactiveerd, wat vervolgens een signaal afgeeft dat de cholesterolsynthese aangezet moet worden.

Cholesterol kan het lichaam ook binnen komen via het voedsel. Het wordt vervolgens in de darmen door chylomicronen opgenomen. Deze transporteren het cholesterol naar de lever. Vanaf daar kan het via VLDLs en LDL in de perifere weefsels komen.

Echter kan het cholesterol ook weer via de VLDL of LDL terug naar de darmen of de lever. Dit noem je de transintestinale cholesterol excretie pathway.Cholesterol in deze vorm wordt ook wel slecht cholesterol genoemd.

De reverse cholesterol transport pathway bevat goed cholesterol. De LDL worden dan namelijk door de perifere cellen in HDL omgezet en komen vervolgens in de lever terecht, daar zorgt het voor galzout excretie. Uiteindelijk komen die weer in de darmen terecht.


  1   2   3

  • Catabole pathways
  • 4 ATP
  • College 2 Koolhydraat metabolisme J. Kruit
  • College 3 Vetmetabolisme A J. Kruit
  • College 4 Vetmetabolisme B U. Tietge
  • Cholesterol metabolisme
  • Cellulair cholesterol metabolisme

  • Dovnload 105.66 Kb.