Inhoud Biomoleculen Inleiding Koolhydraten (suikers) Lipiden (vetten) Aminozuren, peptiden en proteïnen (eiwitten)

XI 1 Biomoleculen...................................................................... 1 1.1 Inleiding............................................................................. 3 1.2 Koolhydraten (suikers)............................................................... 3 1.2.1 Monosachariden en disachariden...................................................... 4 1.2.2 Polysachariden........................................................................ 7 1.2.3 Glycosaminoglycanen................................................................. 9 1.2.4 Complexe suikers van de celmembraan................................................. 10 1.3 Lipiden (vetten)...................................................................... 11 1.3.1 Vetzuren maken esterbindingen....................................................... 13 1.3.2 Glycolipiden.......................................................................... 15 1.3.3 Overige lipiden........................................................................ 19 1.4 Aminozuren, peptiden en proteïnen (eiwitten)....................................... 20 1.4.1 Polaire en apolaire zijketens............................................................ 21 1.4.2 Peptidebinding....................................................................... 22 1.4.3 Primaire eiwitstuctuur en structuurhomologie.......................................... 23 1.5 Basen, nucleotiden en nucleïnezuren................................................. 29 1.5.1 Dubbele helixstructuur................................................................ 31 1.6 Enzymen zijn de katalysatoren van het metabolisme................................. 34 1.7 Classificatie van enzymen............................................................ 37 Literatuur............................................................................ 39 2 Wat is metabolisme?............................................................... 41 2.1 Inleiding............................................................................. 43 2.2 Wat is metabolisme?................................................................. 44 2.3 Metabolisme is een groot actieterrein................................................ 47 2.4 Metabole paden...................................................................... 48 2.5 Metabole flux........................................................................ 48 2.6 Anabole en katabole wegen.......................................................... 51 2.6.1 Katabolisme.......................................................................... 51 2.6.2 Anabolisme........................................................................... 53 2.7 Ribonucleotiden als metabole dragers............................................... 54 2.7.1 ATP................................................................................... 56 2.7.2 NADH, NADPHen FADH 2............................................................... 59 2.7.3 Co-enzym A........................................................................... 60 2.7.4 Andere dragers........................................................................ 61 2.8 Het metabolisme wordt intensief geregeld........................................... 62 2.8.1 Regeling van de hoeveelheid parallel werkende enzymmoleculen....................... 63 2.8.2 Regeling van de enzymactiviteit....................................................... 63 2.8.3 Regeling van de toegankelijkheid van het enzym voor het substraat..................... 65 2.8.4 Beperken van diffusieafstanden en ongewenste reacties................................ 65 2.8.5 Verdeling van metabole paden over celcompartimenten................................ 66 2.9 Stofwisselingsziekten................................................................ 68 2.10 Metabool onderzoek................................................................. 71 2.11 Metabolisme op het internet......................................................... 73 Literatuur............................................................................ 75

XII 3 Glycolyse........................................................................... 77 3.1 Inleiding............................................................................. 78 3.2 Een oude heirbaan afgelijnd met wetenschappelijke mijlpalen....................... 78 3.3 Overzicht van de glycolyse........................................................... 81 3.3.1 Glucoseopname in de cel.............................................................. 82 3.3.2 Het chemisch mechanisme van de glycolyse............................................ 85 3.3.3 De verdere metabole bestemming van pyruvaat........................................ 92 3.4 Regeling van de glycolyse............................................................ 97 3.4.1 Regeling van bestaande enzymen...................................................... 97 3.4.2 Regeling door aanmaak van nieuwe enzymen.......................................... 99 3.5 Metabolisme van fructose en galactose.............................................. 101 3.5.1 Gevolgen van toegenomen sucrosegebruik............................................. 102 3.5.2 Lactose is de voedingssuiker van zoogdierenmelk...................................... 103 Literatuur............................................................................ 105 4 Mitochondriale koolstofverbranding............................................ 107 4.1 Mitochondriën....................................................................... 110 4.2 Oxidatieve decarboxylering.......................................................... 113 4.2.1 Het pyruvaatdehydrogenasecomplex................................................... 113 4.2.2 Regeling van het pyruvaatdehydrogenasecomplex...................................... 116 4.3 Citroenzuurcyclus.................................................................... 116 4.3.1 Algemeen............................................................................ 116 4.3.2 Regeling van de flux van de citroenzuurcyclus.......................................... 120 4.3.3 Biosynthetische functies van de citroenzuurcyclus: anaplerose........................... 121 4.4 Bèta-oxidatie van vetzuren........................................................... 122 4.4.1 Vetzuuropname, vetzuuractivering en vetzuurimport in de mitochondriale matrix........ 124 4.4.2 De eigenlijke bèta-oxidatie............................................................ 126 4.4.3 Ketonlichamen........................................................................ 129 4.4.4 Peroxisomale vetzuuroxidatie.......................................................... 131 4.5 Aminozuuroxidatie................................................................... 133 Literatuur............................................................................ 135 5 Oxidatieve fosforylering.......................................................... 137 5.1 Inleiding............................................................................. 138 5.2 Overzicht van de oxidatieve fosforylering............................................ 138 5.3 Energetica van redoxreacties......................................................... 140 5.4 Overzicht van de elektronentransportketen.......................................... 143 5.5 Eiwitcomplexen van de elektronentransportketen................................... 144 5.6 Mitochondriale ATP-synthase........................................................ 148 5.7 Maximaal rendement van de oxidatieve fosforylering................................ 149 5.8 Respiratoire ontkoppeling........................................................... 153 5.9 Zuurstof is een potentieel gevaarlijk molecuul....................................... 154 5.10 Shuttles voor cytoplasmatisch NADH................................................. 156 5.11 Mitochondriale ziekten............................................................... 156 Literatuur............................................................................ 160 6 Glycogeenmetabolisme, gluconeogenese en pentosefosfaatweg............ 161 6.1 Inleiding............................................................................. 163

XIII 6.2 Glycogeenmetabolisme.............................................................. 165 6.3 Glycogenolyse....................................................................... 166 6.4 Glucose-1-fosfaat in lever en spieren................................................. 168 6.5 Glycogeensynthese.................................................................. 169 6.6 Regeling van het glycogeenmetabolisme............................................ 171 6.7 Gluconeogenese..................................................................... 174 6.7.1 Drie bijzondere reacties................................................................ 174 6.7.2 Eiwit- en vetreserve leveren belangrijke substraten...................................... 177 6.8 Reciproke regeling van gluconeogenese en glycolyse................................ 178 6.9 Glycogenosen........................................................................ 182 6.10 Pentosefosfaatweg................................................................... 185 6.10.1 Inleiding.............................................................................. 185 6.10.2 De oxidatieve fase..................................................................... 186 6.10.3 Interconversie tussen pentosefosfaten.................................................. 187 6.10.4 Transketolase en transaldolase sluiten de pentosefosfaten aan op de glycolyse........... 187 6.10.5 Vier verschillende modaliteiten van werking van de pentosefosfaatweg.................. 189 Literatuur............................................................................ 193 7 Vetzuur- en cholesterolsynthese................................................. 195 7.1 Inleiding............................................................................. 197 7.2 Vetzuursynthese..................................................................... 197 7.2.1 Inleiding.............................................................................. 197 7.2.2 Vetzuursynthese is niet het omgekeerde van bèta-oxidatie.............................. 198 7.2.3 Drie fasen van de vetzuursynthese..................................................... 198 7.2.4 Vetzuursynthase maakt palmitaat...................................................... 202 7.2.5 Vetzuurelongatie en -desaturatie....................................................... 205 7.2.6 Reciproke regeling van vetzuursynthese en bèta-oxidatie van vetzuren.................. 209 7.2.7 Van vetzuren naar triglyceriden en terug............................................... 209 7.3 De novo cholesterolsynthese......................................................... 213 7.3.1 Inleiding.............................................................................. 213 7.3.2 Drie fasen in de de novo synthese van cholesterol....................................... 215 7.3.3 Synthese van IPPP, de geactiveerde bouwsteen......................................... 215 7.3.4 Polymerisatie van IPPP tot squaleen (C30).............................................. 216 7.3.5 Ringvorming en zijketenmodificaties................................................... 217 7.3.6 Synthese van andere isoprenoïden..................................................... 218 7.4 Afstemming van de flux van de novo cholesterolsynthese op opnamemogelijkheid van exogeen cholesterol....................................... 219 7.4.1 Verdeling van voedings- en de novo cholesterol over het lichaam door lipoproteïnen..... 219 7.4.2 Relatie tussen de novo synthese en aanvoer van voedingscholesterol.................... 224 7.4.3 Cholesterolopstapeling in de vaatwand veroorzaakt atherosclerose...................... 227 7.4.4 Statinen remmen de enzymatische flux van HMG-CoA-reductase........................ 230 Literatuur............................................................................ 231 8 Vetzuur- en cholesterolafgeleiden............................................... 235 8.1 Van vetzuren afgeleide membraanlipiden............................................ 237 8.1.1 Glycerolipiden........................................................................ 237 8.1.2 Sfingolipiden......................................................................... 242 8.2 Lipid messengers..................................................................... 243

XIV 8.3 Eicosanoïden......................................................................... 245 8.3.1 Prostaglandinen....................................................................... 246 8.3.2 Leukotriënen.......................................................................... 249 8.4 Het cytochroom-p 450 -systeem........................................................ 251 8.4.1 Een veel gebruikte chemische reactie.................................................. 252 8.4.2 Een grote genenfamilie................................................................ 252 8.5 Van cholesterol afgeleide biomoleculen.............................................. 254 8.5.1 Galzouten............................................................................. 254 8.5.2 Steroïdhormonen..................................................................... 255 8.5.3 Vitamine D en hiervan afgeleide stoffen................................................ 265 Literatuur............................................................................ 268 9 Aminozuurmetabolisme.......................................................... 271 9.1 Inleiding............................................................................. 273 9.2 Essentiële en niet-essentiële aminozuren............................................ 274 9.2.1 Inleiding.............................................................................. 274 9.2.2 De novo synthese van niet-essentiële aminozuren...................................... 276 9.3 Aminozuurkatabolisme.............................................................. 280 9.3.1 Afbraak van het koolstofskelet van aminozuren......................................... 280 9.3.2 Stikstof van aminozuurdegradatie wordt geëlimineerd als ureum........................ 284 9.4 Van aminozuren afgeleide stoffen.................................................... 289 9.4.1 Inleiding.............................................................................. 289 9.4.2 Creatine, carnitine en carnosine........................................................ 289 9.4.3 Heemsynthese........................................................................ 291 9.4.4 Afbraak van heem..................................................................... 294 9.4.5 Polyaminen........................................................................... 297 9.4.6 Stikstofmonoxide ( NO)................................................................ 298 9.4.7 Catecholaminen....................................................................... 300 9.4.8 Melanine............................................................................. 302 9.4.9 Serotonine en melatonine............................................................. 304 9.4.10 Glutamine, glutamaat en GABA........................................................ 307 9.4.11 Thyroxine............................................................................. 308 9.4.12 Histamine............................................................................. 309 Literatuur............................................................................ 310 10 Nucleotidenmetabolisme......................................................... 315 10.1 Homeostase van ribo- en desoxyribonucleotiden.................................... 316 10.2 Purinesynthese....................................................................... 318 10.2.1 De novo purinesynthese............................................................... 318 10.2.2 Salvageweg van purinesynthese....................................................... 323 10.2.3 Antimetabolieten van de purinesynthese............................................... 324 10.3 Pyrimidinesynthese.................................................................. 326 10.4 Synthese van DNA-bouwstenen...................................................... 328 10.4.1 Reductie van ribose................................................................... 328 10.4.2 Synthese van dtmp.................................................................... 330 10.4.3 Antimetabolieten van pyrimidininesynthese............................................ 331 10.5 Katabolisme van nucleotiden........................................................ 332

XV 10.5.1 Oorzaak en gevolg van jicht............................................................ 335 Literatuur............................................................................ 338 11 Voeding............................................................................. 341 11.1 Inleiding............................................................................. 343 11.2 Voedingsgewoonten................................................................. 345 11.3 Ondervoeding (malnutritie).......................................................... 346 11.4 Essentiële en niet-essentiële voedingsstoffen........................................ 348 11.5 Aanbevolen hoeveelheden........................................................... 350 11.5.1 Algemeen............................................................................ 350 11.5.2 Dagelijkse waterbehoefte.............................................................. 355 11.5.3 Dagelijkse energiebehoefte............................................................ 355 11.6 Macronutriënten..................................................................... 358 11.6.1 Koolhydraten......................................................................... 358 11.6.2 Vetten (lipiden)....................................................................... 360 11.6.3 Eiwitten............................................................................... 364 11.7 Micronutriënten...................................................................... 370 11.7.1 Mineralen............................................................................. 370 11.7.2 Calcium............................................................................... 371 11.7.3 Fosfor................................................................................ 371 11.7.4 Zink.................................................................................. 372 11.7.5 IJzer.................................................................................. 373 11.7.6 Jodium............................................................................... 376 11.7.7 Fluor................................................................................. 376 11.7.8 Koper................................................................................. 377 11.7.9 Selenium............................................................................. 377 11.7.10 Natrium en chloor..................................................................... 380 11.7.11 Kalium................................................................................ 380 11.7.12 Magnesium........................................................................... 380 11.7.13 Toxische metalen...................................................................... 381 11.7.14 Vitaminen............................................................................. 382 11.7.15 Vetoplosbare vitaminen............................................................... 384 11.7.16 Wateroplosbare vitaminen............................................................. 389 Literatuur............................................................................ 396 12 Lichaamsmetabolisme............................................................ 403 12.1 Inleiding............................................................................. 405 12.2 Energiebehoefte van organen en weefsels........................................... 406 12.3 De glucosehomeostase............................................................... 407 12.3.1 Inleiding.............................................................................. 407 12.3.2 Postprandiale fase..................................................................... 408 12.3.3 Tussen de maaltijden.................................................................. 410 12.4 Homeostase van de triglyceridenvoorraad........................................... 413 12.5 Interacties tussen glucose- en triglyceridenhomeostase.............................. 414 12.6 Metabole adaptaties aan mechanische arbeid........................................ 419 12.7 Diabetes is een toestand van gestoorde glucosehomeostase......................... 422 12.7.1 Criteria voor de diagnose van diabetes................................................. 424

XVI 12.7.2 Type-1-diabetes....................................................................... 426 12.7.3 Type-2-diabetes....................................................................... 430 12.7.4 Diabetescomplicaties.................................................................. 432 12.7.5 Monogene vormen van diabetes....................................................... 434 12.8 Obesitas als afgeweken triglyceridenhomeostase.................................... 435 12.8.1 Prevalentie van obesitas en overgewicht............................................... 435 12.8.2 De vetcel als mogelijk doelwit in het behandelen van obesitas........................... 436 12.8.3 Obesitas: erfelijke bepaalde factoren interageren met omgevingsfactoren............... 439 Literatuur............................................................................ 440 Register............................................................................. 447

http://www.springer.com/978-90-368-0619-0