De stofwisseling en zijn regulatie

 

          Laatste bijwerking : 2021.11.19

 

 

Het gehele dynamisch proces van omzetten en verwerken van stoffen, het continue streven naar een evenwicht in opbouw (anabolisme) en afbraak (katabolisme) is karakteristiek voor levende organismen. Het stelt hun in staat accuraat te reageren op interne en externe veranderingen. Deze processen zijn onderworpen aan een groot aantal regulerende factoren, die zowel van interne (genetisch) als van externe aard (omgeving fysiologische omstandigheden) kunnen zijn.

 

Deze voortdurende vernieuwing noemt men de stofwisseling of het metabolisme.

 

Overzicht inhoud :

 

Het basismetabolisme

 

De metabolisatieprocessen

 

De hormonale sturing van de metabolisatieprocessen in het spierweefsel

 

De hormonale sturing van de metabolisatieprocessen in het leverweefsel

 

Samenvatting

 

Toestanden van glucose-schaarste

 

Inhoud :

 

         

Het basis- of basaalmetabolisme :

 

Bij normale levensomstandigheden met weinig fysische activiteit verbruikt het basaal metabolisme ongeveer 50% van de opgenomen energie voor het behoud van de lichaamstemperatuur rond 37°C en voor het in standhouden van een aantal automatische activiteiten (ademhaling, hartfunctie, hersenfunctie, biochemische reacties, ...). De thermogenese (productie  van warmte voor het activeren van de verteringsmechanismen) verbruikt 20% en de resterende 30% komen op rekening van de fysische beweging.

 

Meer dan 30% beïnvloeding van ons energieverbruik zit er dus niet in!

 

De Na/K pomp vertegenwoordigt alleen al 20 à 50% van het basismetabolisme van de cellen. Een verstoring van de pomp, bv. bij obesitas, vermindert het energieverbruik van de cellen drastisch, waardoor het evenwicht tussen de opgenomen energie en de verbruikte energie wordt verstoord.

 

 

Het basismetabolisme kan op verschillende wijzen berekend worden.

 

1. 1. 1. Basismetabolisme (in kcal) = het energieverbruik bij rust.

 

voor vrouwen :

 

= (9,740 x lichaamsgewicht in kg) + (172 x grootte in m) - (4,737 x leeftijd in jaren) + 667,051

 

voor mannen :

 

= (13,707 x lichaamsgewicht in kg) + (492,3 x grootte in m) - (6,673 x leeftijd in jaren) + 77,607

 

 

1. 1. 2. Voor de berekening van het totale energieverbruik, wordt aan het basismetabolisme de verbruikte energie voor alle dagelijkse (koken, douchen, werken, auto poetsen, strijken, ...) en fysische activiteiten (sporten, wandelen, trap oplopen, ...) toegevoegd.

 

Hiervoor wordt het aantal calorieën van het persoonlijk basismetabolisme vermenigvuldigd met een coëfficiënt afhankelijk van het activiteiten-profiel :

 

met 1,56 voor een laag activiteiten-profiel

met 1.64 voor een middelmatig activiteiten-profiel

met 1.82 voor een intens activiteiten-profiel

 

Bv. :

Vrouw, 55 jaar, 1.69m, 74kg, middelmatig activiteiten-profiel :

Basismetabolisme = 1417.96 kcal  

                                             x 1.64  =   2325.45 kcal als totaal energieverbruik.  

 

Zie ook : "Energiebeheer, energiemetabolisme".

 

 

         

De metabolisatieprocessen :

 

De metabole routes gebruikt voor afbraak en opbouw lopen voor een groot deel samen, zij dat ze in tegengestelde richting lopen. Op bepaalde punten blijven ze echter verschillen zodat een afzonderlijke regulatie mogelijk blijft.

 

1. • Katabole processen zijn meestal oxidatie processen, processen waarbij waterstof aan het substraat (suikers, vetten...) wordt onttrokken. Hierbij worden "reductie-equivalenten" gevormd (de H-atomen), meestal als NADH en NADPH. Katabolisme levert energie als ATP of onder vorm van een verbinding die gemakkelijk in ATP kan worden omgezet. Dit ATP wordt vooral geproduceerd in de ademhalingsketen, waarin de reductie-equivalenten van NADH via een reeks reacties worden overgedragen naar zuurstof (zie ook :"Oxidatieve fosforylatie").

 

Zie ook " Overzicht van de energieleverende processen".

 

1. • Anabole processen zijn in regel reductie processen, waarbij NADPH (doch niet NADH) de reductie-equivalenten levert. Hierbij is de aanwezigheid van ATP als energieleverancier een absolute vereiste.

 

De bij de afbraak verkregen intermediaire producten kunnen meestal dienen als uitgangstoffen voor anabole processen.

 

De stofwisseling neemt plaats in de cel en maakt gebruik van enzymen die door de cel zelf worden gemaakt. Wanneer een enzym niet of onvoldoende kan worden gemaakt ontstaat een stofwisselingsstoornis. De stoffen worden dan wel opgenomen in de cel maar kunnen niet of onvoldoende verder verwerkt worden. Zij lopen hierbij de normale metabole processen in de weg en veroorzaken op deze wijze een vroegtijdige veroudering van de cel.

 

Noot :

 

Voor het verteren van voedsel zijn in de maag en in de darm ook enzymen aanwezig, welke worden aangemaakt door bv. de speekselklieren, de pancreas, ... Deze vertering is essentieel : enkel voldoende verteerde voedingsstoffen kunnen door de darmcel worden opgenomen. Het ontbreken of onvoldoende voorradig zijn van een of meerdere enzymen veroorzaakt aldus een verteringsstoornis : de voedingsstoffen worden niet goed afgebroken in het maagdarmkanaal en worden hieruit verwijderd via de ontlasting.  

 

Bij de vertering komen zo tussen :

 

1. 1. • proteasen (proteolytische werking : afbraak van eiwitten) : trypsine, chymotrypsine, pepsine, elastase en de plantaardige proteasen : papaïne (papaja), bromelaïne (ananas) ...

 

1. 1. • amylasen (amyolitische werking : afbraak van koolhydraten) : amylase, sucrase, maltase, lactase, fructase, ...

 

1. 1. • lipasen (lipolytische werking : afbraak van vetten) : lipase

 

Het bloed neemt, thv de dunne darm (villi), het vervoer op zich van de verteringsproducten.

 

1. 1. • de enkelvoudige voedingsstoffen (mineralen ionen, peptiden, kleine suikers) gaan direct over in het bloed.

      • vetten en vetzuren, cholesterol en vetoplosbare vitaminen passeren de chylusvaten (lymfe-vaten van het ileum), en worden omgevormd in chylomicronen (lipoproteïnen als transportmoleculen) vooraleer in het veneus bloed te belanden (vena subclavia).

 

 

         

De hormonale sturing van metabolisatieprocessen in het spierweefsel :

 

Bij plotse noodzaak aan energie (angst/schrik, vechten, vluchten , ... doch ook extreme blijdschap, plotse opwinding, sex, stress, pijn, ...) activeren vooral de hormonen adrenaline/noradrenaline het adenylaatcyclase cascade systeem op de adipocyten in het spierweefsel, tengevolge van een prikkel.

 

 

1. • Extracellulair : de catecholamines

 

De catecholamines stimuleren of remmen volgens de bèta- of alfabinding affiniteit, waardoor in normale omstandigheden een evenwicht ontstaat ; bij zwaardere inspanningen is de bèta-receptor stimulatie te groot t.o.v. de alfa remmende, zodat andere mechanismen dienen in te springen! De lipolyse is immers zeer gevoelig aan plasmaconcentratiebewegingen van insuline.

 

1. 1. • insuline : heft de blokkering van de opbouw van glycogeen op door het Glycogeen synthase D terug om te zetten naar Glycogeen synthase I ;

 

1. 1. • insuline : zorgt er voor dat de concentratie van cAMP afneemt, terwijl adrenaline (en glucagon) de concentratie cAMP juist doen toenemen. Insuline doet dit door stimulatie (fosforylatie) van het fosfodiësterase met behulp van het fosfo-inositide cascade systeem waarbij IP3 als tweede boodschapper optreedt ;

 

1. 1. • insuline : inactiveert het HSL ;

 

 

 In de spier, onder invloed van adrenaline :

 

1. 1. 1. • stijgt de glycogenolyse

         • stijgt de lipolyse voor energie

         • • inhibitie van de glycogenese

           • inhibitie van de lipogenese

 

 

1. • Intracellulair : Het PKA (Proteïne Kinase cAMP afhankelijk) :

 

In spierweefsel zal het PKA (het Protéinekinase cAMP afhankelijk), dat geactiveerd is door de cAMP productie, de cellen aanzetten om glycogeen/VVZ om te zetten tot glucose :

 

1. 1. • verschillende enzymen van het glycogeen metabolisme worden door PKA gefosforyleerd. De effecten van PKA worden ongedaan gemaakt door eiwit fosfatasen, die de aangebrachte fosfaatgroepen weer verwijderen :

 

1. 1. 1. • het PKA fosforyleert het Glycogeen fosforylase b, dat daardoor geactiveerd wordt (fosforylase a) en glycogeen omzet in glucose 6-fosfaat (stimulering afbraak glycogeen) ;

 

1. 1. 1. • het PKA fosforyleert het Glycogeen synthase I tot Glycogeen synthase D, het enzym dat uit glucose glycogeen vormt ; dit enzym wordt door fosforylering geïnactiveerd (blokkering opbouw glycogeen) ;

 

1. 1. 1. • het PKA fosforyleert een remmer van het eiwit fosfatase 1, die op dat moment gaat verhinderen dat het fosfatase de door PKA aangebrachte fosfaten weer gaat verwijderen ;

 

1. 1. • het PKA fosforyleert het hormoongevoelige lipase HSL tot HSL-P, die TAG afbreekt tot glycerol en vrije vetzuren (VVZ) :

 

1. 1. 1. • als die VVZ via transportmoleculen uit de cel geraken in de mitochondria dan kunnen ze benut worden voor energie na bèta-oxidatie (op voorwaarde dat er voldoende zuurstof en een calorisch deficit aanwezig is) ;

 

1. 1. 1. • worden die VVZ niet verbrandt dan worden die simpelweg terug veresterd en omgezet in TAG (opslagbare TG) ;

 

Er zijn dus 3 (van de 4) niveaus waarop PKA ingrijpt, die er gezamenlijk voor zorgen dat zeer snel al het beschikbare glycogeen kan worden afgebroken tot glucose!

 

 

Interne regulatie treedt op door :

 

1. 1. 1. • AMP : de vorming van AMP gaat het inactieve fosforylase b activeren waardoor de afbraak wordt geremd ;

 

1. 1. 1. • glucose 6-P : de concentratie van het gevormde glucose 6-fosfaat activeert het Glycogeen synthase I waardoor de opbouw van glycogeen wordt geactiveerd ;

 

1. 1. 1. • cAMP : de respons op een stimulus die gelijk blijft of afneemt houdt op de duur op (adaptatie) : hierdoor wordt er geen cAMP meer geproduceerd, het PKA wordt inactief en de glycogeenomzetting wordt niet langer gestimuleerd.

  

         

De hormonale sturing van metabolisatieprocessen in het leverweefsel :

 

Leverweefsel is vooral gevoelig voor glucagon dat het adenylaatcyclase cascade systeem stuurt. In dit systeem wordt ATP omgezet tot de intracellulaire boodschapper cAMP, bij tekort aan glucose in de lever.

 

 

1. • Extracellulair : glucagon

 

 

In de lever, onder invloed van glucagon :

 

1. 1. 1. • stijgt de glycogenolyse

         • stijgt de gluconeogenese

         • stijgt de lipolyse voor energie

         • • inhibitie van de lipogenese

  

 

1. • Intracellulair : Het PKA (Proteïne Kinase cAMP afhankelijk) :

 

In leverweefsel zal het PKA, dat geactiveerd is door de cAMP productie, de cellen aanzetten om glycogeen om te zetten tot glucose :

 

1. 1. • verschillende enzymen van het glycogeen metabolisme worden door PKA gefosforyleerd. De effecten van PKA worden ongedaan gemaakt door eiwit fosfatasen, die de aangebrachte fosfaatgroepen weer verwijderen :

 

1. 1. 1. • het PKA fosforyleert het Glycogeen fosforylase b, dat daardoor geactiveerd wordt tot fosforylase a en glycogeen omzet in glucose 6-fosfaat (stimulering afbraak glycogeen) ;

 

1. 1. 1. • het PKA fosforyleert het Glycogeen synthase I tot Glycogeen synthase D, het enzym dat uit glucose glycogeen vormt ; dit enzym wordt door fosforylering geïnactiveerd (blokkering opbouw glycogeen).

 

1. 1. • het PKA fosforyleert het hormoongevoelige lipase HSL tot HSL-P, die TAG afbreekt tot glycerol en vrije vetzuren (VVZ) :

 

1. 1. 1. • als die VVZ via transportmoleculen uit de cel geraken dan kunnen ze benut worden voor energie na bèta-oxidatie (op voorwaarde dat er voldoende zuurstof en een calorisch deficit aanwezig is) ;

 

1. 1. 1. • worden die VVZ niet verbrandt dan worden die simpelweg terug veresterd en omgezet in TAG (opslagbare TG).

 

Noot : geraken de TAG niet uit de cel dan kan weefselvervetting (zoals leververvetting = steatose) ontstaan.

 

 

Interne regulatie treedt op door :

 

1. 1. 1. • glucose 6-P :

         • • de opstapeling van het gevormde glucose 6-fosfaat kan via de gluconeogenese terug worden omgezet naar glycogeen ;

 

1. 1. 1. • glucagon : zorgt ervoor dat de concentratie cAMP toeneemt ;

 

1. 1. 1. • cafeïne, theofylline, gemethyleerde xanthinen : doen de afbraak van cAMP dalen en  vergroten het effect van glucagon (cAMP blijft langer hoog).

  

         

Samenvatting :

 

Als het glucosegehalte hoger is dan 90mg/100ml dan wordt

 

1. • insuline vrijgelaten om het glucosegehalte te doen dalen. Insuline stimuleert alle cellen (uitgez. de hersencellen) meer glucose op te nemen door de doorlaadbaarheid van de celmembraan te verhogen ;

 

1. • de omzetting van glucose naar glycogeen in de cellen van lever en spieren bevorderd (glycogenese) ;

 

1. • de glycogenolyse in de lever vertraagd.

 

Als het glucosegehalte lager is, dan wordt :

 

1. • glucagon vrijgesteld in de lever om de glycogeenafbraak te verhogen (glycogenolyse).

 

 

         

Toestanden van glucose-schaarste :

 

Bij vasten : de manier waarop we in vastende toestand onze hersenen van de benodigde glucose voorzien is om, via de gluconeogenese, glucose in de lever te maken uit de bouwstenen van eiwitten (de ‘glucogene’ aminozuren zoals alanine, cysteïne, glycine, serine, threonine en tryptofaan) die zich vooral in onze spieren bevinden. Een klein deel van de glucose wordt gemaakt uit het glycerol-deel van het vet dat bij vasten samen met de vrije vetzuren uit het vetweefsel wordt gemobiliseerd. Zie ook : "Calorie-restrictie" en "Ketogeen dieet".

 

Bij zwangerschap en bij infectie/ontsteking wordt het spannend omdat dan ook andere compartimenten een deel van de schaarse glucose opeisen : het groeiend kind bij zwangerschap, en het immuunsysteem in het geval van een infectie/ontsteking. Het kind staat hoog in de evolutionaire hiërarchie en bij een infectie is een adequate reactie van het immuunsysteem van essentieel belang voor de directe overleving. Weinig bekend is dat ons niet-geactiveerde immuunsysteem eenzelfde percentage van ons basaal metabolisme consumeert als onze hersenen (23 %, hiervan komt ongeveer 47 % uit glucose en 22 % uit het glucogene aminozuur glutamine). In geactiveerde staat dient er nog meer energie naar het immuunsysteem te worden gestuurd : de activatie van het immuunsysteem kost een extra hoeveelheid van 9 - 30 % van het basaal metabolisme.

 

De manier om bij dreigende glucoseschaarste zowel de hersenen, het kind (zwangerschap) als het immuunsysteem (infectie) van glucose te voorzien is insulineresistentie te veroorzaken. Insulineresistentie verhindert dat glucose uit de bloedbaan in de levercellen, spiercellen en in het perifere weefsel wordt opgenomen. Maar zorgt er anderzijds voor dat de organen die nagenoeg uitsluitend op glucose kunnen functioneren van glucose worden voorzien en dat de organen die deze vorm van energie niet strikt nodig hebben gedwongen worden om de glucose ongemoeid te laten en over te schakelen op de benutting van de ruime vetvoorraden. Insulineresistentie zorgt ervoor dat de lever wordt aangezet om glucose en vet te maken en te distribueren (triglyceriden in VLDL) en dat het vetweefsel nu ook onder niet-vastende omstandigheden vrije vetzuren en glycerol vrijstelt.

 

Glucoseschaarste veroorzaakt dus een reallocatie van energierijke substraten: glucose naar hersenen, foetus en immuunsysteem, en vet naar de insulineresistente organen.

 

         

 

 

De lezer dient steeds in acht te houden dat de beschreven curatieve eigenschappen in geen enkel geval het medisch advies vervangen, welke steeds onmisbaar is bij het stellen van een diagnose en bij bepaling van de ernst van de aandoening. Wel wordt de gebruiker gestimuleerd beslissingen met betrekking tot zijn gezondheid te nemen, op basis van eigen research, steeds in samenspraak met een professionele gezondheidswerker.

 

In alle gevallen valt het gebruik van dit programma enkel onder de controle, het beheer, de risico's en de verantwoordelijkheden van de gebruiker.