Eiwitmetabolisme

Laatste bijwerking : 2021.11.19

De eerste stap in het katabolisme van eiwitten (proteïnen) is de decompositie van macromoleculen in enkelvoudige componenten zoals aminozuren (AZ) of nog kleinere peptiden. Deze enzymatische decompositie start in de maag (pepsine) en verloopt verder in de dunne darm (trypsine, chymotrypsine, elastase, carboxypeptidasen). Organische moleculen worden op deze wijze omgezet in voor het organisme bruikbare elementen. De kleine moleculen kunnen door de darmwand heen naar de bloedbaan en uiteindelijk in de cel (met de hulp van glucagon). De aminozuren vormen daar de basisstukken voor de aanmaak van nieuwe peptiden (anabolisme) of worden omgezet naar andere aminozuren (recyclage). Tenslotte wordt de overmaat aminozuren afgebroken en verwijderd via de citroenzuurcyclus en de ureumcyclus (katabolisme). Bij slechte vertering echter (onaangepaste maag- en/of darm pH (bv. achloorhydrie : zie "Maag- en darmstoornissen"), stress, allergieën, ...) is de afbraak maar gedeeltelijk wat het risico verhoogt op de overgang van niet volledige gesplitste eiwitten door de darmbarrière.

De vrijstelling van glucagon wordt gestimuleerd door een proteïnerijke maaltijd, waarbij ter hoogte van de lever, de meeste aminozuren uit het katabolisme van de voedingsproteïnen worden omgezet in glucose (gluconeogenese), terwijl de insuline-respons, verantwoordelijk voor de afbraak van suikers, laag blijft ; glucagon helpt ook de aminozuren door de celwand heen (anabolisme).

Overzicht inhoud :

Anabolisme van eiwitten

Katabolisme van eiwitten

Belang van een evenwichtige turn-over

Schema's

Inhoud :

Anabolisme van eiwitten :

Bron : voeding + recyclage door EW-katabolisme

Bioritme : eiwitanabolisme > eiwitkatabolisme in de namiddag

1. eiwitsynthese : via de eiwitsynthese worden aminozuren (AZ) aan elkaar gelinkt tot polymeren, de proteïnen . Deze wederopbouw gebeurt voor proteïnen in de ribosomen. Dit anabolisme van proteïnen gebeurt immers enkel onder genetische controle : de primaire structuur (de exacte sequentie van de AZ) hangt volledig af van de structuur van het overeenkomstig gen. Insuline stimuleert de eiwitsynthese, op voorwaarde dat het dieet voldoende proteïnen bevat (tussen 15 en 20%) .

Bij een te hoge opname van eiwitten worden zij in het organisme omgezet en gestockeerd als VETTEN (lipogenese via acetylCoA).

1. hemoglobine-synthese : de AZ methionine, threonine, valine, isoleucine, leucine met succinyl CoA (citroenzuurcyclus) met de vorming van porfyrine en verder van heem (afbraak : Bilirubine via feces).

1. creatine-aanmaak (afbraak : creatinine via urine).

1. purine-synthese (thymine, cytosine, uracil...) : na desaminatie nodig voor vorming van nucleïnezuren zoals DNA, RNA... (afbraak : urinezuur in urine).

1. pyrimidine-synthese (adenine, guanine...) : na desaminatie + CO₂ via carbamyl P.

1. synthese van biogene aminen na decarboxylatie (zie verder).

Katabolisme van eiwitten : door proteïnasen

Bioritme : eiwitkatabolisme > eiwitanabolisme in de voormiddag

1. Transaminering van AZ : omzetting van het ene AZ in het andere :

bv. : uit alfa ketoglutaarzuur met

1. - alanine als aminobron naar glutaminezuur en pyrodruivenzuur via het enzym GPT met vitamine B6 als cofactor.

1. - asparaginezuur als aminobron naar glutaminezuur en oxaalazijnzuur via het enzym GOT met vitamine B6 als cofactor.

Noot :

1. - het pyrodruivenzuur wordt verder verwerkt in de glycolyse en het oxaalazijnzuur in de citroenzuurcyclus.

1. 1. - GPT en GOT zijn lever-enzymen : te hoge gehaltes wijzen op een slechte eiwitsynthese.

Opgelet : te trage of te snelle omzetting kan beschadiging veroorzaken door overdosering of uitputting van bepaalde AZ; leverbeschadiging kan worden voorkomen door toevoegen aan de voeding van vitamine B6 en lipotrofe AZ zoals choline, lecithine, methionine, cysteïne, betaïne, inositol, taurine, ...

2. Decarboxylering van AZ : onttrekken van ^-COOH groep met vorming van biogene aminen (adrenaline..., peptide hormonen) en met vrijstelling van CO₂ onder invloed van het decarboxylase-enzym :

- zo kan uit een AZ een ander AZ gevormd worden :

Vb. :

asparaginezuur ---> alanine

histidine ---> histamine

3. Deaminering van AZ : onttrekken van amino-groep met vorming van het schadelijke NH₃.

- kan later in de lever in ureum vast gelegd worden voor eliminatie (ureumcyclus) als ureum (urine) en ketocarbonzuren voor verdere afbraak via de citroenzuurcyclus (acetylCoA) tot CO₂ (longen) en water.

- zo kan glutaminezuur terug omgezet worden in alfa-ketoglutaarzuur door oxidatieve deaminering via het enzym glutaminedehydrogenase, welke voorkomt in de mitochondriën van alle cellen.

4. Citroenzuurcyclus : de citroenzuurcyclus is een oxidatiecyclus (oxidatie is het proces waarbij elektronen worden afgegeven) waarbij brandstofmoleculen uit vetten, suikers en AZ geoxideerd worden tot koolstofdioxide (CO₂), het eindproduct van de citroenzuurcyclus. Eigenlijk worden deze moleculen niet zelf geoxideerd maar is zuurstof nodig voor de oxidatie van de gereduceerde coënzymen NADH en FADH₂, wat gepaard gaat met elektronen overdracht via een carriermechanisme waarbij zuurstof de uiteindelijke elektronenacceptor is.

Opgelet :

1. - transaminering en deaminering bestaan dus naast elkaar.

1. - elk AZ dat een deaminering ondergaat kan worden omgevormd naar een suiker, bron van een echte gluconeogenese : de vorming van suiker uit eiwitten en vetten onder invloed van het hormoon cortisol uit de bijnierschors.

Deze weg voorziet in glucose wanneer er sprake is van schaarsheid aan glucose in de cellen (hersenen, ...) en wanneer de melkzuur (lactaat) spiegel stijgt.

Het hormoon glucagon signaleert een te laag glucose gehalte in het bloed, laat de glycolyse stoppen en activeert de gluconeogenese.

Anderzijds remt het hormoon insuline de proteolyse (en stimuleert de eiwitsynthese : zie hoger).

Het belang van een evenwichtige turn-over

De afbraak en de opbouw van eiwitten (= vormen samen de turn-over) moeten constant gelijke tred houden om een optimaal eiwitmetabolisme te behouden. Vooral de snelheid van de eiwitsynthese is hier hoogst belangrijk : dit om een tekort aan actieve proteïnen te mijden, in het bijzonder door crosslinking van belangrijke eiwitten (EW).

Met het ouder worden vermindert ook de herstelcapaciteit van het DNA en geraakt DNA gemakkelijker beschadigd door vrije radicalen of toxische stoffen, waardoor de proteïnesynthese verder vertraagt. Ook zijn transcriptie en translatie fouten gedurende de eiwitsynthese verantwoordelijk voor de aanmaak van slechte enzymen. Al deze ontaardingen samen veroorzaken uiteindelijk een verlies aan celfuncties.

Anderzijds kan overstimulatie van de alvleesklier (pancreas) door te hoge inname van EW, te hoog vetgehalte van de voeding, overmaat aan koolhydraten, onvoldoende maagzuur maar ook door koffie, roken, stress, geneesmiddelen, milieuvervuiling... leiden een insufficiëntie van de pancreas door bicarbonaat tekort, waardoor de eiwitvertering wordt verstoord en vervolgens ook de afbraak ervan. Uiteindelijk ontstaat een tekort aan essentiële en niet essentiële aminozuren ondanks hoge EW concentraties in de voeding. Dit laat zich gevoelen door een verminderde hormoonsynthese, verminderde enzymaanmaak (waaronder de proteolytische), tekort aan aminozuren voor de huid, ... en door een verzwakking van het immuunsysteem.

Schematisch :

	AZ katabolisme in Krebscyclus
De betrokkenheid van AZ bij het doorlopen van de Krebscyclus (aerobe glycolyse) welke plaats heeft in de mitochondriën.
	De ureumcyclus (met ornithinecyclus)
De ureumcyclus speelt zich af in de lever. Ureum is het voornaamste eindproduct van de stikstofwisseling en wordt vervolgens via de nieren verwijderd. Ammoniak NH₃ en koolstofdioxide CO₂ worden vrijgesteld na deaminering van AZ, waarbij asparaginezuur en glutaminezuur als laatste tussenschakel fungeren. Ammoniak treedt de ureumcyclus binnen bij de synthese van carbamylfosfaat (1) (uit koolstofdioxide + ammoniak + ATP uit de mitochondria) en verlaat de cyclus bij de omzetting van arginine tot ornithine als ureum (2) (--> nieren).	In de ureumcyclus komen 3 AZ aan bod : L-Arginine, L-Ornithine en L-Citrulline Verstoring van de ureumcyclus veroorzaakt geen acidose, ketose of hypoglykemie, maar manifesteert zich als een direct toxisch effect van ammoniak op het centrale zenuwstelsel. Idem indien het ureum niet langs de nieren verwijderd kan worden.	(2) (1)
	De interactie van de Krebscyclus (TCA) met de ureumcyclus
Wisselwerking tussen de ureumcyclus en de citroenzuurcyclus (TCA, Krebs) Input : aspartaat na transaminering carbamoyl fosfaat (uit CO₂ + NH₄ o.a. uit Krebs) Output : ureum (---> urine) alfa ketonzuren (---> Krebs)