Biochemie: Glycolyse en gluconeogenese

Biochemie – Les 6: Glycolyse en gluconeogenese

• Glycolyse zet glucose om in energie.
• Gluconeogenese genereert glucose.

Wat leer je in deze les?

• De 10 stappen van glycolyse komen aan bod.
• De 11 stappen van gluconeogenese worden uitgelegd.
• Snelheidsbepalende stappen worden geïdentificeerd.
• De regulatie van glycolyse wordt besproken.
• Enzymkinetiek is een belangrijk onderdeel.

Basisbegrippen enzymen en kinetiek

• Biochemische reacties zijn relevant.
• Reactie-energie speelt een rol.
• Specificiteit is belangrijk.
• Regulering komt voor.
• Inhibitie (remming) is een vorm van regulering.
• Activering is ook een vorm van regulering.
• Expressie is een basisbegrip.

(Bio)chemische reacties

• Botsende moleculen zijn nodig voor reacties.
• Snelheid beïnvloedt reacties.
• Oriëntatie is cruciaal voor reacties.

Reacties in evenwicht

• Elke reactie kan omgekeerd worden.
• Energiebalans bepaalt de richting van de reactie.

Enzymen

• Enzymen brengen moleculen samen.
• Ze zorgen voor de juiste hoek bij reacties.
• Ze zijn alvast geactiveerd.

Enzymwerking - voorbeeld amylase

• E + S <-> ES -> EPaPb -> E + Pa + Pb is de reactievergelijking.

Regulering van enzymen

• Externe remming/activering is een regulatiemechanisme.
• Verandering van de actieve site is een regulatiemechanisme.
• Beschikbaarheid is een factor in de regulering.

Transcriptionele regulatie

• Een signaalmolecuul is betrokken.
• Transcriptie kan worden geactiveerd.
• Enzymactiviteit kan worden versterkt.
• Transcriptie kan worden geremd.
• Enzymactiviteit kan worden verlaagd.
• Er zijn meestal meerdere tussenstappen.

Glycolyse & gluconeogenese

• Ze zijn onderdeel van het energiemetabolisme.
• Glycolyse bestaat uit 10 reacties in 2 delen.
• Enzymen zijn noodzakelijk.

Routes van glucose

• Glucose kan verschillende routes volgen.
• Aerobe oxidatie is een route.
• Anaërobe fermentatie is een andere route.

Glycolyse – deel 1

• Hexokinase + ATP -> glucose-6-fosfaat + ADP is de eerste stap.
• Glucose-6-fosfaat remt deze reactie (productinhibitie).
• Phosphoglucoisomerase zet glucose-6-fosfaat om in frucose-6-fosfaat.
• Klein energieverschil maakt de reactie makkelijk omkeerbaar.
• Phosphofructokinase-1 + ATP -> frucose-1,6-bisfosfaat + ADP is de derde stap.
• ATP remt deze reactie (substraatinhibitie).
• AMP en fructose-2,6-bisfosfaat activeren de reactie.
• Dit is een snelheidsbepalende stap.

Glycolyse - 2 delen

• Aldolase zet fructose-1,6-bisfosfaat om in glyceraldehyde-3-fosfaat en dihydroxyacetonfosfaat.
• Triosephosphateisomerase zet dihydroxyacetonfosfaat om in glyceraldehyde-3-fosfaat.
• Uiteindelijk zijn er 2 glyceraldehyde-3-fosfaat moleculen per glucose molecuul.
• Er is 2 x 1 ATP nodig.
• Regulatie vindt vooral plaats in stap 1, 3 en 4.

Glycolyse - deel 2

• Glyceraldehyde-3-phosphate dehydrogenase + NAD+ + Pi -> 1,3-bisfosfoglyceraat + NADPH
• NAD+ beschikbaarheid is beperkend.
• Phosphoglycerate kinase + ADP -> Glyceraat-3-fosfaat + ATP
• Phosphoglycerate mutase -> Glyceraat-2-fosfaat
• Enolase -> phosphoenolpyruvat
• Pyruvate kinase + ADP -> pyruvaat + ATP
• ATP remt deze reactie (substraatinhibitie).
• AMP en fructose-1,6-bisfosfaat activeren de reactie.
• Deze reactie houdt energie over in de vorm van warmte.

Glycolyse overzicht

• Glucose (Glc) -> Glucose-6-Phosphate (Glc6P) -> Fructose-6-Phosphate (Fru6P) -> Fructose-1,6-bisphosphate (Fru1,6BP) -> Glyceraldehyde-3-Phos. (GA3P) en DihydroxyacetonePhos. (DHAP)
• 1,3-bisphosphoglycerate (1,3BPG) -> 3-phosphoglycerate (3PG) -> 2-phosphoglycerate (2PG) -> Phosphoenolpyruvate (PEP) -> Pyruvate (PYR)
• Alles vanaf Glyceraldehyde-3-Phos en terug gebeurt 2x

Gluconeogenese

• Heeft 11 stappen.
• Gebruikt 7 dezelfde enzymen als glycolyse.
• Vindt alleen plaats in de lever en nieren.
• Start bij pyruvaat.

Gluconeogenese - Pyruvaat koppelt

• TCA (verdere koppeling vetzuren)
• Aniline (aminozuren)
• Lactaat (anaërobe fermentatie)

Gluconeogenese - Stap 1

• Pyruvate carboxylase + ATP + CO2 -> oxaloacetaat + ADP

Gluconeogenese - Stap 2

• PEP carboxylase + GTP -> phosphoenolpyruvaat (PEP) + CO2 + GDP
• Remming door ATP (substraatinhibitie).
• Activering door AMP en fructose-1,6-bisfosfaat.

Gluconeogenese

• Stappen 3-8 zijn hetzelfde als glycolyse 4-9, maar dan omgekeerd.
• Gebruiken dezelfde enzymen.
• Fuctose-1,6-bisphosphatase + H2O -> fructose-6-fosfaat + Pi
  • Wordt geremd door AMP en fructose-2,6-bisfosphaat, en geactiveerd door ATP, is tevens een snelheidsbepaldende stap.
• Stap 10 is weer hetzelfde als glycolyse in omgekeerde richting.
• Glucose-6-phosphatase + H2O -> glucose + Pi.
  • Geactiveerd door glucose-6-fosfaat.

Wat weet je nu

• De 10 stappen van glycolyse
• De 11 stappen van gluconeogenese
• Snelheidsbepalende stappen
• Regulatie van glycolyse
• Enzymkinetiek.