Koolhydraatmetabolisme

Laatste bijwerking : 2021.11.19

Glucose is een van de belangrijkste energiebronnen van het organisme. Het komt voor als onderdeel van disachariden saccharose (gewone suiker), maltose (een afbraakproduct van zetmeel) en lactose (melksuiker). Zetmeel (planten), glycogeen (mens en dier) en cellulose zijn geheel uit glucose opgebouwde polysachariden.

In de lever wordt de glucose direct omgezet in glycogeen en opgeslagen in deze vorm in het ER van de levercellen (glycogenese). Hieruit kan het glucose terug worden vrijgesteld (glycogenolyse). Hiernaast beschikt het organisme nog over een suikerbron uit niet-koolhydraatbronnen (gluconeogenese).

Het verkregen suiker kan gebruikt worden voor de aerobe glycolyse in de spieren, voor de anaerobe glycolyse in de RBC en de spieren, voor inbouw in glycoproteïnen, proteoglycanen... of als brandstof in de hersenen.

Overzicht inhoud :

Regulatie van de suikerstofwisseling

Overzicht in cijfers

Energiebalans

Inhoud :

Glycogenese : (lever)

De glycogenese Is de vorming van glycogeen uit glucose (aldohexose, monosacharide, C₆H₁₂O₆, = dextrose, druivensuiker).

Glycogeen is een polysacharide gevormd in de lever en opgeslagen in de lever en in de spieren. Het is geen enkelvoudige keten van glucosemoleculen maar een vertakt glucan, met een hoge graad van vertakkingen met uiteraard veel eindstandige glucose-moleculen. Zo kan er snel veel glucose beschikbaar komen wanneer daar plots behoefte naar is.

- Het spierglycogeen dient als reserve voor het verrichten van spierarbeid.

- In de lever wordt glycogeen gevormd uit diverse koolstofverbindingen, o.a. uit aminozuren. Het glycogeen, opgeslagen in de lever, dient voor het op peil houden van het glucosegehalte in het bloed (glykemie), waarbij verschillende hormonen zoals insuline, glucagon en adrenaline als regulator betrokken zijn.

Zijn opslagcapaciteit is echter beperkt : is deze capaciteit overschreden dan kunnen koolhydraten, na omzetting tot TAG (Triacylglyceriden, een opslagvorm van TG), als vet in vetweefsels worden opgeslagen (onbeperkte capaciteit). Zie ook "Citraat-pyruvaat-cyclus".

Betrokken enzymen : hexokinase, fosfoglucomutase, UDP-sugar difosfatase, Glycogeen synthase, 1,4-alpha-glucan branching enzym (takken).

Glycogenolyse : (onder invloed van glucagon in de lever, van adrenaline in de spier en geremd door insuline)

De glycogenolyse is de vorming van glucose uit glycogeen (afbraak van glycogeen).

Als er plots veel energie nodig is of als een zware lichamelijke inspanning wordt verricht , kan er snel veel glucose beschikbaar komen door enzymatische Hydrolyse van de vele zijketens van glycogeen.

De glycogenolyse is niet het omgekeerde van de glycogenese, maar wordt gestuurd door een eigen enzymsysteem.

Betrokken enzymen : fosforylase, Glucogen debrancher enzym (onttakken), Glucose fosfomutase, Glucose-6-fosfatase.

Cofactoren : vit B6

Noot :

Als de voorraad glycogeen in de spieren op is (en dat in de lever ook), kunnen spieren niet meer de gewenste arbeid leveren. Zodra de voorraad leeg raakt, schakelt het lichaam over op de verbranding van eiwitten en vet. Dit drukt de prestaties, daar het verkrijgen van energie uit vet een stuk langer duurt en veel minder efficiënt verloopt dan het verkrijgen van energie uit koolhydraten (glucose, glycogeen).

- weliswaar levert 1g vet meer energie (9cal) dan 1g koolhydraten (4cal), maar bij intensieve inspanningen hebben koolhydraten de voorkeur omdat ze per seconde meer energie leveren.

- het verbranden van eiwitten is eveneens een langdurig en inefficiënt proces. Dit is ook te mijden daar het organisme eiwitten nodig heeft voor de spieropbouw. Eiwit verbranden is dus ook spier verbranden.

Gluconeogenese (lever en nieren) :

Proces waarbij lactaat uit de anaerobe glycolyse wordt gerecycleerd tot glucose of verder tot glycogeen.

Zie de topic : "Gluconeogenese".

Overzicht in cijfers :

Het serum glucose komt voor

25% uit de gluconeogenese

75% uit de glycogenolyse

De glucogenolyse verschaft glucose voor :

10% : ---> ATP + H₂O + CO₂ via de aerobe oxidatie in spieren (zie : "Krebscyclus").

20% : ---> ATP via de anaerobe lactaat verbranding in de (RBC), spieren (pyruvaat/lactaat 1/10) (zie : "Anaerobe glycolyse").

45% : ---> ATP + H₂O + CO₂ in de hersenen (insuline onafhankelijk).

25% : inbouw : in glycoproteïnen, glycopeptiden, glycolipiden (membraan, myeline, hormonen, receptoren).

Energiebalans :

- het cytosol : bij de glycolyse worden 2 moleculen NADH gevormd en 4 x ATP, geproduceerd maar 2 x ATP verbruikt : winst 2 ATP

- de matrix van de mitochondria :

1. - bij de omzetting van pyruvaat ---> acetylCoA (oxidatieve decarboxylatie) worden 2 NADH aangemaakt,

1. - na 1 rondje door de citroenzuurcyclus werden gegenereerd : 3 x NADH, 1 x FADH₂, 1 x GTP en dus na 2 rondjes : 6 x NADH, 2 x FADH₂ en 2 x GTP.

Bij de oxidatieve fosforylering (elektronentransportketen) levert elke aangemaakte NADH molecule 3 moleculen ATP, en elke FADH₂ brengt 2 moleculen ATP.

De energiebalans per molecule glucose is dan :

Chemische reacties :

Aërobisch

Anaerobisch

2 ATP gebruikt in de glycolyse

-2

4 ATP gevormd in de glycolyse

2 NADH gevormd in de glycolyse

2 x 1 NADH gevormd bij de oxidatieve decarboxylering (pyruvaat ---> acetylCoA)

2 x 3 NADH gevormd via de citroenzuurcyclus

+18

2 x 1 GTP in de citroenzuurcyclus

2 x 1 FADH₂ in de citroenzuurcyclus

Totaal :

+38 ATP

+2 ATP

Noot :

Dit is een theoretische benadering. Feit is dat voorbereidende stappen, zoals het actief transport van het gereduceerde NAD door de mitochondriale membraan om beschikbaar te komen voor de respiratieketen, ook energie kosten. Het juiste netto resultaat wordt daarom geschat op minder dan 36.

Op elke suikermolecule, die deelneemt, worden aeroob in totaal 38 extra ATP moleculen gevormd. De verbranding van vetzuren via acetylCoA en bèta-oxidatie levert natuurlijk veel meer ATP op (tot 100 ATP) per vetzuur maar gebeurt trager.