Oxidatieve Fosforylering in Mitochondriën

Oxidatieve Fosforylering

• Oxidatieve fosforylering is een proces in de mitochondriën waarbij ATP wordt geproduceerd door gebruik van een protonengradiënt.
• De elektronentransportketen (ETC) is een reeks eiwitcomplexen in het binnenste mitochondriale membraan die elektronen van NADH en FADH₂ naar zuurstof overdragen.
• Complex I (NADH-dehydrogenase) accepteert elektronen van NADH en pompt protonen in de intermembranaire ruimte.
• Complex II (Succinaatdehydrogenase) accepteert elektronen van FADH₂ en pompt geen protonen.
• Complex III (Cytochroom bc1-complex) draagt elektronen over naar cytochroom c en pompt protonen.
• Complex IV (Cytochroom c oxidase) is het terminale complex dat elektronen naar zuurstof overdraagt, waar water wordt gevormd.
• ATP-synthase (Complex V) produceert ATP door gebruik van de protonengradiënt.
• Een protonengradiënt is een verschil in protonconcentratie over het binnenste mitochondriale membraan, aangedreven door de ETC.
• Ubiquinon (Co-enzym Q) en cytochroom c zijn mobiele elektronen overdragers in de ETC.

Vetafbraak (β-oxidatie)

• Vetafbraak (lipolyse) is het proces waarbij triglyceriden worden afgebroken tot glycerol en vrije vetzuren.
• Hormoongevoelig lipase (HSL) breekt triglyceriden in vetcellen af, geactiveerd door glucagon en adrenaline.
• De carnitine-shuttle transporteert vetzuren naar de mitochondriën voor β-oxidatie.
• Acyl-CoA is de geactiveerde vorm van vetzuren, de eerste stap in β-oxidatie.
• β-oxidatie is de cyclische afbraak van vetzuren tot acetyl-CoA, NADH en FADH₂.
• Ketogenese vormt ketonlichamen uit acetyl-CoA, belangrijk tijdens vasten of koolhydraattekort.
• Malonyl-CoA remt de carnitine-shuttle en voorkomt vetoxidatie tijdens vetzuursynthese.

Regulatie van Glycolyse

• Hexokinase wordt geremd door glucose-6-fosfaat.
• Glucokinase (variant lever) is niet geremd, bevordert glucose opslag.
• Fosfofructokinase-1 (PFK-1) wordt geactiveerd door AMP en fructose-2,6-bisfosfaat, geremd door energierijke ATP en citraat.
• Pyruvaatkinase wordt geactiveerd door fructose-1,6-bisfosfaat, geremd door ATP en alanine.
• Glucagon remt pyruvaatkinase door fosforylering; insuline activeert het.

Regulatie van Gluconeogenese

• Pyruvaatcarboxylase wordt geactiveerd door acetyl-CoA.
• PEP-carboxykinase (PEPCK) wordt geïnduceerd door glucagon en cortisol, geremd door insuline.
• Fructose-1,6-bisfosfatase wordt geactiveerd door ATP, geremd door AMP en fructose-2,6-bisfosfaat.
• Glucose-6-fosfatase is alleen actief in lever en nieren, afwezig in spieren.
• Glucagon en cortisol stimuleren glucose-6-fosfatase; insuline remt het.

Regulatie van de Citroenzuurcyclus

• Citraatsynthase wordt geremd door ATP, NADH en citraat, geactiveerd door ADP.
• Isocitraatdehydrogenase wordt geactiveerd door ADP en Ca²⁺, geremd door ATP en NADH.
• α-Ketoglutaraatdehydrogenase wordt geactiveerd door Ca²⁺, geremd door succinyl-CoA, NADH en ATP.
• Substraatbeschikbaarheid van oxaloacetaat en acetyl-CoA is essentieel voor de cyclus.
• Anaplerotische reacties vullen intermediairen aan om de cyclus te ondersteunen.

Regulatie van Oxidatieve Fosforylering

• Hoge ADP-concentratie stimuleert de elektronentransportketen en ATP-synthese.
• Hoge ATP-concentratie remt dit proces.
• Zuurstof beschikbaarheid is essentieel voor de keten als laatste elektronenacceptor.
• Hoge NADH/FADH₂ concentraties stimuleren de elektronentransportketen.
• Cyanide en koolmonoxide remmen complex IV; oligomycine remt ATP-synthase.
• Ontkoppelaars zoals DNP verstoren de protonengradiënt, verminderen ATP productie, maar niet de elektronentransport.

Regulatie van Vetafbraak (β-oxidatie)

• Hormoongevoelig lipase (HSL) wordt geactiveerd door glucagon, adrenaline en noradrenaline, geremd door insuline.
• De carnitine-shuttle wordt geremd door malonyl-CoA.
• β-oxidatie wordt geactiveerd door hoge vetzuurconcentratie en lage energiestatus (hoge AMP/ATP-ratio), geremd door hoge NADH- en acetyl-CoA concentraties.
• Insuline remt lipolyse; glucagon en adrenaline stimuleren vetafbraak.

Verbanden in Regulatie

• Fructose-2,6-bisfosfaat stimuleert glycolyse en remt gluconeogenese, gereguleerd door PFK-2/FBPase-2.
• Hoge AMP activeert glycolyse en vetafbraak, hoge ATP remt deze,
• Acetyl-CoA stimuleert gluconeogenese maar remt de pyruvaatdehydrogenase.
• Citraat stimuleert vetzuursynthese, remt glycolyse.