H2

# Glycolyse als anaeroob metabolisme van glucose Glycolyse is een fundamenteel anaeroob metabolisme dat chemische energie uit glucose extraheert en is essentieel voor celtypen, vooral onder zuurstofarme omstandigheden, waarbij het leidt tot de vorming van lactaat of pyruvaat. ## 1. Glycolyse als anaeroob metabolisme van glucose ### 1.1 Inleiding tot de glycolyse De glycolyse, ook bekend als het Emden-Meyerhof-Pad, is een universeel metabolisch pad dat in alle levende cellen voorkomt. Het primaire doel is het extraheren van chemische energie uit glucose. Dit proces is essentieel voor het produceren van adenosinetrifosfaat (ATP), de energievaluta van de cel. De glycolyse kan plaatsvinden in de afwezigheid van zuurstof, wat het een cruciale rol geeft onder anaërobe of hypoxische omstandigheden. Het fungeert als een "noodroute" om de ATP-productie op peil te houden wanneer de zuurstoftoevoer beperkt is, zoals tijdens de geboorte. Cellen met functionerende mitochondriën zetten het eindproduct van de glycolyse, pyruvaat, verder om via aerobe routes. #### 1.1.1 Rol en voorkomen van glycolyse * **Universeel:** Glycolyse vindt plaats in vrijwel alle organismen en celtypen, omdat glucose een veelvoorkomende energiebron is. * **Anaeroob:** Het proces vereist geen zuurstof. * **Noodzaak bij zuurstofgebrek:** Cruciaal voor het handhaven van ATP-niveaus tijdens perioden van hypoxie. * **Verschillende eindproducten:** Afhankelijk van de aanwezigheid van zuurstof varieert het eindproduct van glycolyse (pyruvaat) naar lactaat (anaeroob) of verder gemetaboliseerd via aerobe routes (aerobisch). * **Specifieke celtypen:** * **Hersenen:** Grote verbruikers van glucose, grotendeels afhankelijk van glycolyse voor energie. * **Erytrocyten (rode bloedcellen):** Hebben geen mitochondriën en zijn volledig afhankelijk van glycolyse voor ATP-productie, wat leidt tot de vorming van lactaat. * **Cornea en lens:** Beperkte bloedtoevoer en het ontbreken van mitochondriën maken glycolyse essentieel. * **Nier medulla, testes, leukocyten:** Hebben weinig mitochondriën en zijn significant afhankelijk van glycolyse. #### 1.1.2 Overzicht van de sleutelmoleculen en reactietypen De glycolyse omvat de omzetting van glucose (een zes-koolstofmolecuul) in twee moleculen pyruvaat (een drie-koolstofmolecuul). Alle intermediaire componenten in dit pad zijn gefosforyleerd. De belangrijkste reactietypen die in de glycolyse voorkomen zijn: 1. **Fosforyltransfer:** Overdracht van een fosfaatgroep van ATP naar een substraat, of vice versa. * Formule: `$R – OH + ATP \rightleftharpoons R – O – PO_3^{2-} + ADP + H^+$` 2. **Fosforyl-shift:** Verplaatsing van een fosfaatgroep binnen een molecuul. 3. **Isomerisatie:** Omzetting van een ketose naar een aldose of andersom. 4. **Dehydratatie:** Verwijdering van een watermolecuul. 5. **Aldolsplitsing:** Splitsing van een zes-koolstofmolecuul in twee drie-koolstofmoleculen. Alle reacties van de glycolyse vinden plaats in het cytoplasma (cytosol) van de cel. ### 1.2 De stappen van de glycolyse De glycolyse kan worden onderverdeeld in twee hoofdfasen: de energievase en de oogstfase. #### 1.2.1 Energievase (investeringsfase) In deze fase wordt energie verbruikt in de vorm van ATP om glucose te activeren en voor te bereiden op de splitsing. 1. **Fosforylering van glucose:** Glucose wordt omgezet in glucose 6-fosfaat door het enzym hexokinase (in de meeste weefsels) of glucokinase (in de lever). Dit is een irreversibele stap die de glucose binnen de cel vasthoudt en activeert. * Reactie: `$\alpha D\text{-}glucose + ATP \rightarrow \text{glucose 6-fosfaat} + ADP + H^+$` * Enzym: Hexokinase (hoge affiniteit voor glucose, lage $K_M$). Glucokinase heeft een lage affiniteit (hoge $K_M$), wat de lever prioriteit geeft aan glucosegebruik door andere weefsels wanneer de bloedsuikerspiegel hoog is. 2. **Isomerisatie van glucose 6-fosfaat:** Glucose 6-fosfaat wordt omgezet in fructose 6-fosfaat door het enzym fosfogluco-isomerase. Dit is een reversibele stap. * Reactie: `$\text{glucose 6-fosfaat} \rightleftharpoons \text{fructose 6-fosfaat}$` 3. **Tweede fosforylering:** Fructose 6-fosfaat wordt omgezet in fructose 1,6-bisfosfaat door het enzym fosfofructokinase-1 (PFK-1). Dit is de belangrijkste regulatiestap en een irreversibele "committed step" in de glycolyse. * Reactie: `$\text{fructose 6-fosfaat} + ATP \rightarrow \text{fructose 1,6-bisfosfaat} + ADP + H^+$` * Regulatie van PFK-1: * Allostere inhibitie door ATP (signaal van hoge energielading). * Allostere activatie door AMP en fructose 2,6-bisfosfaat (signaal van lage energielading). * Inhibitie door citraat en NADH (koppeling met andere metabole routes). #### 1.2.2 Oogstfase (verdienfase) In deze fase wordt ATP geproduceerd en worden elektronen overgedragen. 4. **Aldolsplitsing:** Fructose 1,6-bisfosfaat wordt gesplitst in twee triosefosfaten: dihydroxyacetonfosfaat (DHAP) en glyceraldehyde 3-fosfaat (G3P). * Reactie: `$\text{fructose 1,6-bisfosfaat} \rightleftharpoons \text{dihydroxyacetonfosfaat} + \text{glyceraldehyde 3-fosfaat}$` * Enzym: Aldolase. 5. **Isomerisatie van triosefosfaten:** Dihydroxyacetonfosfaat wordt omgezet in glyceraldehyde 3-fosfaat door het enzym triosefosfaat-isomerase. Dit zorgt ervoor dat beide drie-koolstofmoleculen de volgende reacties kunnen ondergaan. * Reactie: `$\text{dihydroxyacetonfosfaat} \rightleftharpoons \text{glyceraldehyde 3-fosfaat}$` 6. **Oxidatie en fosforylering van glyceraldehyde 3-fosfaat:** Glyceraldehyde 3-fosfaat wordt geoxideerd en gefosforyleerd tot 1,3-bisfosfoglyceraat. Hierbij wordt NAD$^+$ gereduceerd tot NADH + H$^+$. Deze stap levert zowel ATP (via de energierijke acylfosfaatbinding) als reductie-equivalenten op. * Reactie: `$\text{glyceraldehyde 3-fosfaat} + NAD^+ + P_i \rightarrow 1,3\text{-bisfosfoglyceraat} + NADH + H^+$` * Enzym: Glyceraldehyde 3-fosfaat dehydrogenase (GPD). 7. **Substraatsforylering (ATP-productie):** 1,3-bisfosfoglyceraat doneert een fosfaatgroep aan ADP, wat leidt tot de vorming van ATP en 3-fosfoglyceraat. Dit is de eerste ATP-producerende stap. * Reactie: `$1,3\text{-bisfosfoglyceraat} + ADP \rightleftharpoons 3\text{-fosfoglyceraat} + ATP$` * Enzym: Fosfoglyceraatkinase. 8. **Verschuiving van de fosfaatgroep:** 3-fosfoglyceraat wordt omgezet in 2-fosfoglyceraat door fosfoglycero-mutase. De fosfaatgroep wordt verplaatst van koolstof 3 naar koolstof 2. * Reactie: `$3\text{-fosfoglyceraat} \rightleftharpoons 2\text{-fosfoglyceraat}$` 9. **Dehydratatie:** 2-fosfoglyceraat ondergaat dehydratatie om fosfoënolpyruvaat (PEP) te vormen. Deze stap creëert een hoog-energetische fosfaatbinding. * Reactie: `$2\text{-fosfoglyceraat} \rightleftharpoons \text{fosfoënolpyruvaat} + H_2O$` * Enzym: Enolase. 10. **Tweede substraatsforylering (ATP-productie):** Fosfoënolpyruvaat doneert zijn fosfaatgroep aan ADP, wat leidt tot de vorming van ATP en pyruvaat. Dit is de tweede ATP-producerende stap en een gereguleerde stap. * Reactie: `$\text{fosfoënolpyruvaat} + ADP + H^+ \rightarrow \text{pyruvaat} + ATP$` * Enzym: Pyruvaatkinase. * Regulatie van Pyruvaatkinase: * Allostere inhibitie door ATP en alanine. * Allostere activatie door fructose 1,6-bisfosfaat. * Hormonale regulatie (bv. glucagon beïnvloedt de fosforylering van pyruvaatkinase, wat de activiteit moduleert). #### 1.2.3 Nettoresultaat van de glycolyse Het nettoresultaat van de glycolyse voor elke glucosemolecuul is de productie van: * 2 moleculen pyruvaat * 2 moleculen ATP (4 geproduceerd, 2 verbruikt in de energievase) * 2 moleculen NADH + H$^+$ De netto reactie is: `$$ \text{Glucose} + 2 NAD^+ + 2 P_i + 2 ADP \rightarrow 2 \text{NADH} + 2 H^+ + 2 H_2O + 2 ATP + 2 \text{pyruvaat} $$` ### 1.3 Anaerobe afronding van glycolyse: Lactaatvorming Wanneer zuurstof ontoereikend is voor aerobe metabolisme, moet de glycolyse doorgaan om ATP te produceren. Dit vereist de regeneratie van NAD$^+$ uit NADH. De meest voorkomende manier om dit te bereiken in dierlijke cellen is door pyruvaat te reduceren tot lactaat. * **Doel:** Regeneratie van NAD$^+$ uit NADH + H$^+$ om de oxidatie van glyceraldehyde 3-fosfaat (stap 6) te laten doorgaan. * **Reactie:** Pyruvaat wordt door lactaat dehydrogenase gereduceerd tot lactaat, waarbij NADH wordt geoxideerd tot NAD$^+$. * Reactie: `$\text{pyruvaat} + NADH + H^+ \rightleftharpoons \text{lactaat} + NAD^+$` * **Voordeel:** Deze "tijdswinst" bij zuurstofgebrek zorgt voor snelle ATP-productie. * **Lactaat als eindproduct:** Lactaat kan worden getransporteerd naar de lever en daar via de Cori-cyclus weer worden omgezet in glucose. #### 1.3.1 Alcoholische fermentatie (in gist en micro-organismen) In sommige micro-organismen, zoals gist, wordt pyruvaat onder anaërobe omstandigheden omgezet in ethanol via een tweestaps proces: 1. **Decarboxylering van pyruvaat:** Pyruvaat wordt gedecarboxyleerd tot acetaldehyde, waarbij CO$_2$ vrijkomt. * Enzym: Pyruvaat decarboxylase. 2. **Reductie van acetaldehyde:** Acetaldehyde wordt gereduceerd tot ethanol met behulp van NADH, waardoor NAD$^+$ wordt geregenereerd. * Enzym: Alcohol dehydrogenase. ### 1.4 Klinische correlaties en toepassingen #### 1.4.1 (18F) FDG in PET-scans Fluorodeoxyglucose ((18F) FDG) is een glucose-analoog die wordt gebruikt als tracer in positronemissietomografie (PET). * **Mechanisme:** FDG wordt door cellen opgenomen via glucose transporters. Omdat de 2'-hydroxylgroep van glucose is vervangen door fluor-18, kan FDG niet verder gemetaboliseerd worden na de glycolyse. Het hoopt zich op in cellen die veel glucose verbruiken. * **Toepassingen:** * **Diagnostiek:** Identificatie van kankerweefsels, die vaak een verhoogd glucosemetabolisme hebben. * **Neurologie:** Beeldvorming van hersenactiviteit (hersenen verbruiken veel glucose). * **Verval:** De isotoop fluor-18 heeft een halveringstijd van ongeveer 110 minuten en vervalt uiteindelijk naar zuurstof-18, waarna het verder gemetaboliseerd kan worden. #### 1.4.2 Pyruvaatkinase (PK) deficiëntie Pyruvaatkinase is essentieel voor de laatste stap van de glycolyse. Een deficiëntie in dit enzym, met name in rode bloedcellen, kan ernstige gevolgen hebben. * **Gevolg:** Verminderde ATP-productie in rode bloedcellen, die volledig afhankelijk zijn van glycolyse. * **Symptomen:** Hemolytische anemie (abnormale afbraak van rode bloedcellen) doordat de ionenpompen die de celvorm handhaven niet meer functioneren, leidend tot zwelling en lysering van de cellen. * **Klinische indicatie:** Lage ATP-niveaus in rode bloedcellen. #### 1.4.3 Pyruvaatdehydrogenase (PDH) complex deficiëntie Dit enzymcomplex katalyseert de overgang van pyruvaat naar acetyl-CoA, wat de toegang tot de citroenzuurcyclus (Krebs cyclus) mogelijk maakt. * **Oorzaken:** Gebreken in katalytische of regulatoire subeenheden van het PDH-complex. * **Indicatoren:** Verhoogde serumconcentraties van lactaat, pyruvaat en alanine, wat leidt tot chronische melkzuuracidose. * **Symptomen:** Neurologische afwijkingen, omdat de hersenen sterk afhankelijk zijn van de aerobe oxidatie van pyruvaat. * **Behandeling:** Een ketogeen dieet kan soms helpen, waarbij ketonlichamen de hersenen van energie voorzien. #### 1.4.4 Gebruik van andere suikers in de glycolyse * **Fructose:** Fructose wordt gesplitst in dihydroxyacetonfosfaat en glyceraldehyde, die beide intermediairen van de glycolyse zijn. Lever aldolase is cruciaal voor deze splitsing. * **Fructose-intolerantie:** Deficiëntie in lever aldolase leidt tot accumulatie van fructose-1-fosfaat, ATP-depletie in de lever en verstoring van de leverfuncties. * **Galactose:** Galactose wordt via een reeks reacties (waaronder fosforylering, UDP-koppeling en epimerisatie) omgezet in glucose-6-fosfaat, een intermediair van de glycolyse. * **Galactosemie:** Deficiëntie in het enzym uridyltransferase blokkeert de omzetting van galactose-1-fosfaat, wat leidt tot ernstige gezondheidsproblemen, waaronder hersenbeschadiging en leverfalen. #### 1.4.5 Alcoholkater en honing * **Alcoholkater:** De afbraak van ethanol in de lever vereist NAD$^+$, wat concurreert met de NAD$^+$-behoefte van de glycolyse. Een tekort aan NAD$^+$ kan de glycolyse belemmeren. * **Honing:** De hoge fructoseconcentratie in honing kan de lever helpen NAD$^+$ aan te vullen via de omzetting van fructose in glyceraldehyde en glycerol, wat indirect de glycolyse kan ondersteunen. > **Tip:** Begrip van de regulatiemechanismen van sleutelenzymen zoals PFK-1 en pyruvaatkinase is cruciaal voor het begrijpen van de controle van de glycolyse. > **Voorbeeld:** In een situatie van intense inspanning (zoals sprinten) is de zuurstoftoevoer naar de spieren beperkt. Spiercellen schakelen over op anaërobe glycolyse om snel ATP te produceren. Pyruvaat wordt daarbij omgezet in lactaat, wat leidt tot de bekende "verbranding" en spierpijn na de inspanning. Dit lactaat wordt later in de lever weer omgezet in glucose. --- # Mechanismen en regulatie van glycolytische reacties Glycolyse is een fundamenteel metabool pad dat de anaerobe afbraak van glucose tot pyruvaat faciliteert, wat essentieel is voor energieproductie in alle lichaamscellen. ## 2.1 Overzicht van de glycolytische reacties De glycolyse is een reeks van tien enzymatische reacties die plaatsvinden in het cytoplasma en glucose, een zes-koolstof suiker, omzetten in twee moleculen pyruvaat, een drie-koolstof verbinding. Tijdens dit proces wordt netto twee moleculen ATP en twee moleculen NADH geproduceerd. ### 2.1.1 De tien stappen van de glycolyse De glycolyse kan worden onderverdeeld in twee hoofdfasen: de energie-investeringsfase en de energie-opbrengstfase. **Fase 1: Energie-investeringsfase** In deze fase worden twee ATP-moleculen verbruikt om glucose voor te bereiden op verdere afbraak. 1. **Fosforylering van glucose:** Glucose wordt gefosforyleerd tot glucose 6-fosfaat door hexokinase (of glucokinase in de lever), met verbruik van ATP. Dit is een irreversibele reactie die glucose binnen de cel houdt. * Reactie: $\alpha D\text{-}glucose + ATP \rightarrow \text{glucose 6-fosfaat} + ADP + H^+$ 2. **Isomerisatie van glucose 6-fosfaat:** Glucose 6-fosfaat, een aldose, wordt omgezet in fructose 6-fosfaat, een ketose, door fosfogluco-isomerase. Deze reactie is reversibel. * Reactie: $\text{glucose 6-fosfaat} \rightleftharpoons \text{fructose 6-fosfaat}$ 3. **Fosforylering van fructose 6-fosfaat:** Fructose 6-fosfaat wordt gefosforyleerd tot fructose 1,6-bisfosfaat door fosfofructokinase (PFK), wat een sleutelregulerend en grotendeels irreversibel enzym is. Dit is de "committed step" van de glycolyse. * Reactie: $\text{fructose 6-fosfaat} + ATP \rightarrow \text{fructose 1,6-bisfosfaat} + ADP + H^+$ 4. **Aldolsplitsing:** Fructose 1,6-bisfosfaat wordt gesplitst door aldolase in twee drie-koolstof moleculen: dihydroxyacetonfosfaat (DHAP) en glyceraldehyde 3-fosfaat (G3P). * Reactie: $\text{fructose 1,6-bisfosfaat} \rightleftharpoons \text{dihydroxyacetonfosfaat} + \text{glyceraldehyde 3-fosfaat}$ 5. **Isomerisatie van dihydroxyacetonfosfaat:** Dihydroxyacetonfosfaat wordt omgezet in glyceraldehyde 3-fosfaat door triosefosfaat isomerase, zodat beide moleculen kunnen doorgaan naar de volgende fase. * Reactie: $\text{dihydroxyacetonfosfaat} \rightleftharpoons \text{glyceraldehyde 3-fosfaat}$ **Fase 2: Energie-opbrengstfase** In deze fase worden de twee moleculen glyceraldehyde 3-fosfaat omgezet in pyruvaat, waarbij netto twee ATP-moleculen per glyceraldehyde 3-fosfaat molecuul worden geproduceerd. 6. **Oxidatie en fosforylering van glyceraldehyde 3-fosfaat:** Glyceraldehyde 3-fosfaat wordt geoxideerd en gefosforyleerd tot 1,3-bisfosfoglycerinaat, met reductie van NAD$^+$ tot NADH en de incorporatie van anorganisch fosfaat (Pi). * Reactie: $\text{glyceraldehyde 3-fosfaat} + NAD^+ + Pi \rightarrow 1,3\text{-bisfosfoglycerinaat} + NADH + H^+$ 7. **Substraatniveau fosforylering:** De fosfaatgroep van 1,3-bisfosfoglycerinaat wordt overgedragen aan ADP om ATP te vormen, resulterend in 3-fosfoglycerinaat. Dit is de eerste ATP-genererende stap. * Reactie: $1,3\text{-bisfosfoglycerinaat} + ADP \rightarrow 3\text{-fosfoglycerinaat} + ATP + H^+$ 8. **Verschuiving van de fosfaatgroep:** De fosfaatgroep van 3-fosfoglycerinaat wordt door fosfoglyceromutase verplaatst van koolstof 3 naar koolstof 2, wat 2-fosfoglycerinaat oplevert. * Reactie: $3\text{-fosfoglycerinaat} \rightleftharpoons 2\text{-fosfoglycerinaat}$ 9. **Dehydratatie:** 2-fosfoglycerinaat ondergaat dehydratatie door enolase om fosfoënolpyruvaat (PEP) te vormen, een molecuul met een hoge-energie fosfaatbinding. * Reactie: $2\text{-fosfoglycerinaat} \rightleftharpoons \text{fosfoënolpyruvaat} + H_2O$ 10. **Substraatniveau fosforylering:** De fosfaatgroep van fosfoënolpyruvaat wordt overgedragen aan ADP, wat pyruvaat en ATP genereert. Dit is de tweede ATP-genererende stap, gekatalyseerd door pyruvaatkinase. * Reactie: $\text{fosfoënolpyruvaat} + ADP + H^+ \rightarrow \text{pyruvaat} + ATP$ **Netto resultaat van de glycolyse:** $$ \text{Glucose} + 2 NAD^+ + 2 ADP + 2 Pi \rightarrow 2 \text{Pyruvaat} + 2 NADH + 2 H^+ + 2 H_2O + 2 ATP $$ > **Tip:** Alle intermediaire metabolieten in de glycolyse zijn gefosforyleerd, wat hun negatieve lading vergroot en voorkomt dat ze door de celmembraan diffunderen. ### 2.1.2 Gebruik van andere suikers in de glycolyse Andere suikers kunnen ook worden opgenomen in het glycolytische pad. * **Fructose:** Fructose wordt in de lever gefosforyleerd tot fructose-1-fosfaat door fructokinase, en vervolgens gesplitst tot dihydroxyacetonfosfaat en glyceraldehyde. Glyceraldehyde wordt omgezet in glyceraldehyde-3-fosfaat, een glycolytisch intermediair. Patiënten met fructose-intolerantie missen de lever aldolase, wat leidt tot accumulatie van fructose-1-fosfaat en ATP-depletie. * **Galactose:** Galactose wordt omgezet tot glucose-6-fosfaat. Eerst wordt galactose gefosforyleerd tot galactose-1-fosfaat door galactokinase. Vervolgens wordt het omgezet in UDP-galactose, dat wordt geëpimeriseerd tot UDP-glucose. UDP-glucose kan glucose-1-fosfaat regenereren, dat door fosfoglucomutase wordt omgezet in glucose-6-fosfaat. Klinische correlatie: galactosemie, veroorzaakt door mutaties in uridyltransferase, blokkeert de omzetting van galactose-1-fosfaat, wat leidt tot ernstige gezondheidsproblemen. ## 2.2 Regulatie van glycolytische reacties De glycolyse wordt strak gereguleerd op sleutelpunten om te voldoen aan de energiebehoeften van de cel en om de flux door het pad te coördineren met andere metabole routes. ### 2.2.1 Controle-enzymen in de glycolyse Drie enzymen fungeren als de belangrijkste regulatiepunten in de glycolyse: hexokinase, fosfofructokinase (PFK) en pyruvaatkinase (PK). #### 2.2.1.1 Hexokinase * Hexokinase katalyseert de eerste stap, de fosforylering van glucose. Het wordt geremd door zijn product, glucose-6-fosfaat. * **Glucokinase:** In de lever en pancreas is hexokinase vervangen door glucokinase, dat een hogere K$_M$ heeft voor glucose, wat betekent dat het minder affiniteit heeft voor glucose. Dit zorgt ervoor dat cellen met een hogere glucosebehoefte, zoals hersenen en spieren, voorrang krijgen bij glucoseopname wanneer de bloedglucosespiegels hoog zijn. #### 2.2.1.2 Fosfofructokinase (PFK) * PFK is het belangrijkste regulatoire enzym van de glycolyse. Het katalyseert de irreversibele omzetting van fructose-6-fosfaat naar fructose-1,6-bisfosfaat. * **Allostere regulatie:** * **Remmers:** * **ATP:** Hoge niveaus van ATP signaleren een hoge energielading en remmen PFK allostere, waardoor de glycolytische flux wordt verminderd. * **Citraat:** Verhoogde concentraties citraat, een intermediair van de citroenzuurcyclus, duiden op een overvloed aan energie en remmen PFK. Dit koppelt de glycolyse aan de aerobe ademhaling. * **NADH:** NADH is een reductiemiddel dat wordt gegenereerd door oxidatieve processen. Hoge NADH-niveaus kunnen PFK remmen. * **Activators:** * **AMP en ADP:** Hoge niveaus van AMP en ADP signaleren een lage energielading en activeren PFK allostere, waardoor de glycolytische flux wordt verhoogd. * **Fructose-2,6-bisfosfaat:** Dit is een krachtige activator van PFK, die een cruciale rol speelt in de hormonale regulatie van de glycolyse. #### 2.2.1.3 Pyruvaatkinase (PK) * Pyruvaatkinase katalyseert de laatste stap van de glycolyse, de omzetting van fosfoënolpyruvaat naar pyruvaat, wat een substraatniveau fosforylering inhoudt en ATP genereert. * **Allostere regulatie:** * **Remmers:** * **ATP:** Net als bij PFK, remt ATP pyruvaatkinase, wat aangeeft dat er voldoende energie aanwezig is. * **Alanine:** Alanine is een aminozuur dat kan worden gevormd uit pyruvaat. Hoge alanineconcentraties remmen pyruvaatkinase. * **Activator:** * **Fructose-1,6-bisfosfaat:** De aanwezigheid van fructose-1,6-bisfosfaat, een product van de "committed step" van de glycolyse, activeert pyruvaatkinase. Dit zorgt voor een feed-forward activatie, waardoor de flux door het pad wordt bevorderd wanneer de upstream stappen actief zijn. * **Hormonale regulatie (lever):** In de lever wordt pyruvaatkinase gereguleerd door fosforylering, gemedieerd door glucagon en insuline. * **Glucagon (lage bloedglucose):** Glucagon leidt tot fosforylering van pyruvaatkinase, waardoor het enzym minder actief wordt en de glycolyse wordt vertraagd om glucose te sparen. * **Insuline (hoge bloedglucose):** Insuline leidt tot defosforylering van pyruvaatkinase, waardoor het actiever wordt en de glycolyse wordt bevorderd. > **Tip:** De regulatie van PFK en pyruvaatkinase zorgt ervoor dat de glycolyse wordt afgestemd op de energietoestand van de cel en de beschikbaarheid van substraten. Een hoge energielading (hoge ATP/ADP-ratio) remt de flux, terwijl een lage energielading (hoge AMP/ADP-ratio) de flux stimuleert. ### 2.2.2 Rol van NAD$^+$ regeneratie De oxidatie van glyceraldehyde-3-fosfaat vereist NAD$^+$ als oxidator. Om de glycolyse voort te zetten, moet NADH dat wordt geproduceerd, worden geregenereerd tot NAD$^+$. Dit gebeurt via verschillende mechanismen, afhankelijk van de aanwezigheid van zuurstof: * **Aerobe omstandigheden:** NADH wordt geoxideerd tot NAD$^+$ in de elektronentransportketen in de mitochondriën, wat leidt tot de productie van ATP via oxidatieve fosforylering. * **Anaerobe omstandigheden (fermentatie):** * **Lactaatfermentatie:** In dierlijke cellen en sommige micro-organismen wordt pyruvaat gereduceerd tot lactaat door lactaatdehydrogenase, waarbij NADH wordt geoxideerd tot NAD$^+$. Dit is een snelle methode om NAD$^+$ te regenereren wanneer zuurstof beperkt is. * **Alcoholische fermentatie:** In gisten wordt pyruvaat gedecarboxyleerd tot acetaldehyde, dat vervolgens wordt gereduceerd tot ethanol door alcoholdehydrogenase, waarbij NADH wordt omgezet in NAD$^+$. > **Voorbeeld:** Tijdens intensieve lichaamsbeweging wanneer de zuurstoftoevoer naar de spieren beperkt is, treedt lactaatfermentatie op. Dit stelt de spieren in staat om ATP te blijven produceren via glycolyse, ondanks de anaerobe omstandigheden. ### 2.2.3 Klinische correlaties * **Pyruvaatkinase deficiëntie:** Dit leidt tot een tekort aan ATP in rode bloedcellen (RBC's), aangezien RBC's volledig afhankelijk zijn van glycolyse voor hun energie. Het gebrek aan ATP verstoort de ionenpompen, wat resulteert in een verlies van de biconcave vorm van RBC's, zwelling en lysering (hemolyse), leidend tot hemolytische anemie. * **Pyruvaatdehydrogenase complex deficiëntie:** Een deficiëntie in dit enzymcomplex, dat pyruvaat omzet in acetyl-CoA, veroorzaakt accumulatie van pyruvaat en lactaat, wat leidt tot chronische melkzuuracidose en neurologische afwijkingen. Een ketogeen dieet kan helpen de hersenen van alternatieve brandstof te voorzien. * **(18F) FDG in PET-scans:** Fluorodeoxyglucose (FDG) is een glucoseanaloog die wordt gebruikt in PET-scans. Omdat de 2'-hydroxylgroep is vervangen door fluor, kan FDG na de glycolyse niet verder worden gemetaboliseerd, waardoor het zich ophoopt in cellen met een hoge glycolytische activiteit, zoals kankercellen en hersenweefsel. Dit maakt het een waardevol diagnostisch hulpmiddel. ## 2.3 De centrale positie van pyruvaat Pyruvaat, het eindproduct van de glycolyse, is een cruciaal intermediair met verschillende bestemmingen, afhankelijk van de aanwezigheid van zuurstof en de specifieke behoeften van de cel: * **Oxidatie tot acetyl-CoA:** Onder aerobe omstandigheden wordt pyruvaat door het pyruvaatdehydrogenase complex omgezet in acetyl-CoA, dat de citroenzuurcyclus binnenkomt voor verdere oxidatie. * **Reductie tot lactaat:** Onder anaerobe omstandigheden wordt pyruvaat gereduceerd tot lactaat (lactaatfermentatie). * **Reductie tot ethanol:** In gist en sommige micro-organismen wordt pyruvaat omgezet in acetaldehyde en vervolgens tot ethanol (alcoholische fermentatie). * **Carboxylatie tot oxaalacetaat:** In de lever kan pyruvaat worden gecarboxyleerd tot oxaalacetaat, een intermediair van de gluconeogenese. * **Transaminering tot alanine:** Pyruvaat kan ook worden omgezet in het aminozuur alanine. --- # Klinische correlaties en pathologieën gerelateerd aan glycolyse Deze sectie onderzoekt de klinische implicaties van verstoringen in het glycolytische metabolisme, met specifieke aandacht voor Pyruvaat Kinase Deficiëntie en Hemolytische Anemie, evenals de diagnostische toepassingen van (18F) FDG in PET-scans. ### 3.1 De rol van glycolyse in de cel Glycolyse is de anaerobe afbraak van glucose tot lactaat, die de primaire route is voor het extraheren van chemische energie uit glucose in alle lichaamscellen. Het is een "emergency pathway" die essentieel is voor het handhaven van ATP-niveaus, met name wanneer de zuurstoftoevoer beperkt is. Cellen met functionerende mitochondriën kunnen pyruvaat verder oxideren tot CO2 en H2O, terwijl andere cellen, zoals erytrocyten, altijd lactaat produceren. #### 3.1.1 Cellulaire afhankelijkheid van glycolyse Verschillende weefsels en celtypen zijn sterk afhankelijk van glycolyse, waaronder: * **Hersenen**: Verbruiken een aanzienlijke hoeveelheid glucose, ongeveer 50-60 gram per dag. * **Erytrocyten**: Hebben geen mitochondriën en zijn daarom volledig afhankelijk van glycolyse. * **Cornea en lens**: Hebben beperkte bloedtoevoer en geen mitochondriën om lichtverstrooiing te voorkomen. * **Nier medulla, testes en leukocyten**: Hebben weinig mitochondriën en vertrouwen deels op glycolyse. #### 3.1.2 Sleutelmoleculen en reactietypen in de glycolyse De intermediaire componenten van glycolyse bestaan uit 6-koolstof- of 3-koolstofmoleculen, die allen gefosforyleerd zijn. De belangrijkste reactietypen zijn: 1. **Fosforyltransfer**: Overdracht van een fosfaatgroep, vaak van ATP. `$R – OH + ATP ⇄ R – O – PO_3^{2-} + ADP + H^+$` 2. **Fosforyl-shift**: Verplaatsing van een fosfaatgroep binnen een molecuul. 3. **Isomerisatie**: Omzetting van een ketose naar een aldose, of vice versa. 4. **Dehydratatie**: Verwijdering van een watermolecuul. 5. **Aldolsplitsing**: Splitsing van een groter molecuul in twee kleinere moleculen. Alle glycolytische reacties vinden plaats in het cytosol. ### 3.2 Regulatie van de glycolyse De glycolyse wordt op verschillende punten gereguleerd, met name door de enzymen hexokinase en fosfofructokinase (PFK). #### 3.2.1 Hexokinase en Glucokinase Hexokinase is het enzym dat glucose fosforyleert tot glucose-6-fosfaat. In de lever speelt glucokinase ook een rol. Glucokinase heeft een lage affiniteit voor glucose ($K_M$ hoog), waardoor glucose-6-fosfaatprioriteit krijgt voor spier- en hersencellen wanneer bloedglucose stijgt. #### 3.2.2 Fosfofructokinase (PFK) PFK is een cruciaal controle-enzym en de "committed step" van de glycolyse. Het is allosterisch geïnhibeerd door ATP en NADH, en geactiveerd door AMP. Citraat kan ook de activiteit van PFK remmen, wat een koppeling met andere metabole routes aangeeft. #### 3.2.3 Pyruvaat Kinase Pyruvaat Kinase (PK) is het laatste enzym van de glycolyse en katalyseert de omzetting van fosfo-enolpyruvaat naar pyruvaat, waarbij ATP wordt gevormd. Er zijn vier isovormen van PK, met verschillende regulatiemechanismen. ATP en alanine zijn allosterische inhibitoren, terwijl fructose-1,6-bisfosfaat een activator is. Hormonale controle vindt plaats via fosforylering; verhoogde glucagon leidt tot fosforylering en inactivatie van PK in de lever, wat de glycolyse remt. > **Tip:** De nettolading van de glycolyse is: > `$Glucose + 2NAD^+ + 2Pi + 2ADP ⇌ 2NADH + 2H^+ + 2H_2O + 2ATP + 2 Pyruvaat$` ### 3.3 Klinische correlaties en pathologieën Verstoringen in de glycolyse kunnen leiden tot diverse klinische aandoeningen. #### 3.3.1 Pyruvaat Kinase Deficiëntie en Hemolytische Anemie Pyruvaat Kinase Deficiëntie (PKD) is een zeldzame aandoening die gekenmerkt wordt door een sterk verminderde activiteit van het pyruvaat kinase enzym, met name in rode bloedcellen (RBC). RBC's zijn volledig afhankelijk van glycolyse voor hun energieproductie, aangezien zij geen mitochondriën bezitten. * **Rol van ATP in RBC's**: ATP is essentieel voor de werking van ionenpompen, zoals de Na+/K+-ATPase, die de biconcave vorm van RBC's handhaaft. Deze vorm is cruciaal voor de flexibiliteit en weerstand tegen shear stress in bloedvaten. * **Gevolgen van ATP-tekort**: Bij een tekort aan ATP zwellen RBC's op en lyseren (hemolyse). * **Ernst van de deficiëntie**: Patiënten met PKD hebben slechts 5-25% van de normale PK-activiteit in RBC's, wat leidt tot onvoldoende ATP-productie en chronische hemolytische anemie. * **Reticulocyten versus RBC's**: Reticulocyten, de voorlopers van RBC's, bezitten nog wel mitochondriën en kunnen ATP produceren via oxidatieve fosforylering. Naarmate ze rijpen tot RBC's en hun mitochondriën verliezen, worden ze volledig afhankelijk van glycolyse. #### 3.3.2 (18F) FDG en PET-scans (18F) FDG (fluorodeoxyglucose) is een glucoseanaloog die gebruikt wordt als radiofarmaceutische tracer in Positron Emissie Tomografie (PET)-scans. * **Werkingsmechanisme**: FDG lijkt sterk op glucose, maar de hydroxylgroep op de 2'-positie is vervangen door fluor-18. Deze modificatie verhindert dat FDG verder gemetaboliseerd wordt na opname in de cel. * **Diagnostische toepassing**: Omdat organen en weefsels met een hoge glucoseconsumptie, zoals hersenen, lever en kankercellen, FDG snel opnemen, kunnen PET-scans worden gebruikt om deze gebieden te visualiseren. Tumorcellen hebben vaak een verhoogde glucoseopname en een versnelde glycolyse, waardoor ze goed detecteerbaar zijn met FDG-PET. * **Verval en detectie**: Fluor-18 is een isotoop met een halveringstijd van ongeveer 110 minuten. Het vervalt tot zuurstof-18, dat een hydroxylgroep vormt en wel gemetaboliseerd kan worden. De detectie van de positronen die vrijkomen bij het verval van fluor-18 maakt de beeldvorming mogelijk. * **Beperkingen**: De productie van fluor-18 vereist een cyclotron en moet dicht bij het ziekenhuis gebeuren vanwege de relatief korte halveringstijd. #### 3.3.3 Pyruvaat Dehydrogenase Deficiëntie Pyruvaat dehydrogenase deficiëntie is een groep syndromen die ontstaan door defecten in het pyruvaat dehydrogenase complex, een multienzymcomplex dat pyruvaat omzet in acetyl-CoA in de mitochondriën. * **Indicatoren**: Verhoogde serumconcentraties van lactaat, pyruvaat en alanine duiden op een chronische melkzuuracidose. * **Klinische verschijnselen**: Patiënten vertonen neurologische afwijkingen. * **Behandeling**: Een ketogeen dieet, dat de koolhydraatinname beperkt, kan soms positief uitpakken omdat ketonlichamen koolhydraten kunnen vervangen als energiebron voor de hersenen. ### 3.4 Alternatieve bestemmingen van pyruvaat Pyruvaat kan, afhankelijk van de omstandigheden, naar verschillende metabolieten worden omgezet. #### 3.4.1 Alcoholische fermentatie In gisten en andere micro-organismen wordt pyruvaat onder anaerobe omstandigheden omgezet in ethanol via alcoholische fermentatie. Dit proces regenereert NAD+ dat essentieel is voor de voortgang van de glycolyse. #### 3.4.2 Lactaatvorming In menselijke cellen bij zuurstofgebrek wordt pyruvaat gereduceerd tot lactaat door lactaat dehydrogenase. Dit is een "tijdswinst" strategie om NAD+ te regenereren en de glycolyse gaande te houden. Lactaat kan worden teruggevoerd naar de lever en omgezet worden in glucose via gluconeogenese. #### 3.4.3 Vorming van Acetyl-CoA In de mitochondriën wordt pyruvaat door het pyruvaat dehydrogenase complex omgezet in acetyl-CoA, een sleutelmolecuul voor de citroenzuurcyclus. Dit is een oxidatieve decarboxyleringsreactie waarbij NADH wordt geproduceerd. ### 3.5 Gebruik van andere suikers in de glycolyse #### 3.5.1 Fructosemetabolisme Fructose wordt, na omzetting in fructose-1-fosfaat, gesplitst in dihydroxyacetonfosfaat en glyceraldehyde. Dit gebeurt via de fructose-1-fosfaat pathway. Bij fructose-intolerantie, een deficiëntie van leveraldolase, kan fructose-1-fosfaat niet goed gesplitst worden, wat leidt tot ATP-depletie en leverdisfunctie. #### 3.5.2 Galactosemetabolisme Galactose, afkomstig van lactose (melksuiker), wordt via een reeks reacties omgezet tot glucose-6-fosfaat, een intermediair van de glycolyse. Bij galactosemie, een genetische aandoening waarbij uridyltransferase deficiënt is, treedt accumulatie van galactose-1-fosfaat op, wat kan leiden tot hersenbeschadiging en leverfalen. --- # Omzetting van pyruvaat en gebruik van andere suikers Dit onderwerp behandelt de verschillende metabole bestemmingen van pyruvaat en hoe fructose en galactose kunnen worden geïntegreerd in de glycolytische route. ### 4.1 De centrale rol van pyruvaat Pyruvaat, het eindproduct van de glycolyse, is een cruciaal intermediair met meerdere mogelijke bestemmingen, afhankelijk van de cellulaire omstandigheden en de organismetypen. In aerobe omstandigheden wordt pyruvaat verder gemetaboliseerd via de citroenzuurcyclus en oxidatieve fosforylering om een aanzienlijke hoeveelheid ATP te genereren. Echter, onder anaerobe omstandigheden of wanneer de toevoer van zuurstof beperkt is, ondergaan cellen fermentatie om NAD+ te regenereren, wat essentieel is voor het voortzetten van de glycolyse en daarmee de ATP-productie. #### 4.1.1 Alcoholische fermentatie In organismen zoals gist wordt pyruvaat onder anaerobe omstandigheden omgezet in ethanol en koolstofdioxide via een proces dat alcoholische fermentatie wordt genoemd. Deze route is essentieel voor de regeneratie van NAD+, wat nodig is om de glycolyse in stand te houden. De stappen omvatten: 1. **Decarboxylering van pyruvaat:** Pyruvaat wordt gedecarboxyleerd tot acetaldehyde, waarbij koolstofdioxide wordt vrijgegeven. $$ \text{Pyruvaat} \rightarrow \text{Acetaldehyde} + \text{CO}_2 $$ Dit wordt gekatalyseerd door het enzym pyruvaat decarboxylase. 2. **Reductie van acetaldehyde:** Acetaldehyde wordt vervolgens gereduceerd tot ethanol door NADH. Deze stap regenereert NAD+. $$ \text{Acetaldehyde} + \text{NADH} + \text{H}^+ \rightarrow \text{Ethanol} + \text{NAD}^+ $$ Dit wordt gekatalyseerd door het enzym alcohol dehydrogenase. De netto reactie voor glucose omzetting naar ethanol is: $$ \text{Glucose} + 2\text{Pi} + 2\text{ADP} + 2\text{H}^+ \rightleftharpoons 2\text{CO}_2 + 2\text{Ethanol} + 2\text{ATP} + 2\text{H}_2\text{O} $$ > **Tip:** Hoewel ethanol een eindproduct is in gist, is de primaire functie van deze fermentatieroute de regeneratie van NAD+ om de glycolyse te ondersteunen, wat cruciaal is voor de energievoorziening van de cel. #### 4.1.2 Lactaatvorming In menselijke cellen, met name onder omstandigheden van zuurstofgebrek (anaerobe inspanning) of in cellen zonder mitochondriën (zoals rode bloedcellen), wordt pyruvaat omgezet in lactaat. Deze reactie is een vorm van lactaatfermentatie en dient ook voor de regeneratie van NAD+. De omzetting van pyruvaat naar lactaat wordt gekatalyseerd door lactaat dehydrogenase: $$ \text{Pyruvaat} + \text{NADH} + \text{H}^+ \rightleftharpoons \text{Lactaat} + \text{NAD}^+ $$ > **Tip:** Lactaatvorming wordt vaak geassocieerd met intensieve fysieke inspanning wanneer de zuurstoftoevoer de vraag van de spieren niet kan bijbenen. Het lactaat kan vervolgens naar de lever worden getransporteerd en daar opnieuw worden omgezet in pyruvaat (via de Cori-cyclus) om verder gemetaboliseerd te worden wanneer zuurstof weer beschikbaar is. Lactaat is tevens een bouwsteen voor biologisch afbreekbare polymeren zoals polymelkzuur, wat toepassingen vindt in medische hechtdraden en als substituut voor traditionele plastics. #### 4.1.3 Vorming van acetylco-enzym A In aerobe omstandigheden wordt pyruvaat de mitochondriën binnengebracht en omgezet in acetylco-enzym A (acetyl-CoA). Dit is een sleutelmolecuul dat de glycolyse verbindt met de citroenzuurcyclus (Krebs-cyclus). De reactie wordt gekatalyseerd door het pyruvaatdehydrogenase complex en omvat de volgende stappen: 1. **Decarboxylering van pyruvaat:** Een carboxylgroep wordt verwijderd als CO2. 2. **Oxidatie van de resterende groep:** De tweecarbonsgroep wordt geoxideerd en bindt aan co-enzym A (CoA) om acetyl-CoA te vormen. Tegelijkertijd wordt NAD+ gereduceerd tot NADH. $$ \text{Pyruvaat} + \text{CoA} + \text{NAD}^+ \rightarrow \text{Acetyl-CoA} + \text{CO}_2 + \text{NADH} + \text{H}^+ $$ > **Tip:** Deficiënties in het pyruvaatdehydrogenase complex kunnen leiden tot ernstige neurologische problemen en chronische melkzuuracidose, omdat pyruvaat zich ophoopt en alternatieve metabole routes inslaat, zoals omzetting naar lactaat of alanine. Een ketogeen dieet kan soms helpen, omdat ketonlichamen dan de energiebehoefte van de hersenen kunnen dekken. ### 4.2 Integratie van andere suikers in de glycolyse Naast glucose kunnen ook andere suikers, zoals fructose en galactose, in de glycolytische route worden geïntegreerd om energie te leveren. Dit gebeurt door deze suikers om te zetten in intermediairen van de glycolyse. #### 4.2.1 Fructose metabolisme Fructose, vaak verkregen uit voeding zoals sucrose (wat glucose en fructose is) of honing, kan op verschillende manieren in de glycolyse worden geïntegreerd. In de lever wordt fructose vaak omgezet via het **fructose-1-fosfaat (F-1-P) pathway**: 1. **Fosforylering:** Fructose wordt door fructokinase gefosforyleerd tot fructose-1-fosfaat. $$ \text{Fructose} + \text{ATP} \rightarrow \text{Fructose-1-fosfaat} + \text{ADP} $$ 2. **Splitsing:** Fructose-1-fosfaat wordt vervolgens door aldolase gesplitst in glyceraldehyde en dihydroxyacetonfosfaat (DHAP). $$ \text{Fructose-1-fosfaat} \rightarrow \text{Glyceraldehyde} + \text{Dihydroxyacetonfosfaat (DHAP)} $$ 3. **Verdere metabolisering:** Glyceraldehyde kan worden gefosforyleerd tot glyceraldehyde-3-fosfaat, een direct glycolytisch intermediair. DHAP is ook een glycolytisch intermediair dat gemakkelijk kan worden omgezet in glyceraldehyde-3-fosfaat. > **Let op bij Fructose Intolerantie:** Patiënten met fructose-intolerantie hebben een deficiëntie van de lever aldolase, wat de splitsing van fructose-1-fosfaat blokkeert. Dit leidt tot een ophoping van fructose-1-fosfaat en een depletie van ATP in de lever, wat ernstige metabole gevolgen heeft, waaronder leverdisfunctie en celzwelling door osmolyse. Een alternatieve route in de lever is de omzetting via fructose-6-fosfaat, een intermediair van de glycolyse, door middel van hexokinase. Echter, bij hoge fructoseconcentraties is de F-1-P pathway dominanter. #### 4.2.2 Galactose metabolisme Galactose, een component van lactose (melksuiker), wordt omgezet in glucose-6-fosfaat, een van de eerste gefosforyleerde intermediairen in de glycolyse. De omzetting van galactose volgt een specifieke route: 1. **Fosforylering:** Galactose wordt door galactokinase gefosforyleerd tot galactose-1-fosfaat. $$ \text{Galactose} + \text{ATP} \rightarrow \text{Galactose-1-fosfaat} + \text{ADP} $$ 2. **UDP-koppeling:** Galactose-1-fosfaat wordt omgezet in UDP-galactose en glucose-1-fosfaat door middel van uridinetrifosfaat (UTP) en het enzym galactose-1-fosfaat uridyltransferase. $$ \text{Galactose-1-fosfaat} + \text{UTP} \rightarrow \text{UDP-galactose} + \text{Glucose-1-fosfaat} + \text{PPi} $$ 3. **Epimerisatie:** UDP-galactose kan worden omgezet in UDP-glucose door een epimerisatiereactie. 4. **Isomerisatie tot glucose-6-fosfaat:** Glucose-1-fosfaat wordt vervolgens door het enzym fosfoglucomutase omgezet in glucose-6-fosfaat, een direct glycolytisch intermediair. $$ \text{Glucose-1-fosfaat} \rightleftharpoons \text{Glucose-6-fosfaat} $$ > **Clinische Correlatie (Galactosemie):** Galactosemie is een erfelijke metabole stoornis die ontstaat door mutaties in het gen voor galactose-1-fosfaat uridyltransferase. Dit blokkeert de omzetting van galactose-1-fosfaat, wat leidt tot de accumulatie van galactose-1-fosfaat en galactose. De gevolgen kunnen ernstig zijn, waaronder hersenbeschadiging, cataract, mentale retardatie en leverfalen. Samengevat, de diversiteit aan metabole routes vanuit pyruvaat en de integratie van andere suikers tonen de flexibiliteit en het belang van koolhydraatmetabolisme voor de energiehuishouding van de cel. --- ## Veelgemaakte fouten om te vermijden - Bestudeer alle onderwerpen grondig voor examens - Let op formules en belangrijke definities - Oefen met de voorbeelden in elke sectie - Memoriseer niet zonder de onderliggende concepten te begrijpen

| Term | Definition | |------|------------| | Glycolyse | Een fundamenteel biochemisch proces dat plaatsvindt in het cytoplasma van cellen, waarbij glucose anaeroob wordt afgebroken tot pyruvaat, waarbij een netto-opbrengst van ATP en NADH wordt verkregen. Dit proces is essentieel voor energieproductie, vooral onder omstandigheden van beperkte zuurstoftoevoer. | | ATP | Adenosinetrifosfaat, de belangrijkste energiedrager in biologische systemen. ATP wordt gesynthetiseerd tijdens cellulaire processen zoals glycolyse en oxidatieve fosforylering en levert energie voor diverse cellulaire functies, zoals spiercontractie en actief transport. | | NADH | Nicotinamide adenine dinucleotide (gereduceerde vorm), een belangrijke elektronendrager die wordt geproduceerd tijdens katabole reacties zoals glycolyse. NADH transporteert elektronen naar de elektronentransportketen waar hun energie wordt gebruikt om ATP te genereren. | | Pyruvaat | Een driekoolstofverbinding die het eindproduct is van de glycolyse. Pyruvaat kan verder worden gemetaboliseerd in de mitochondriën via aerobe ademhaling (omgezet tot acetyl-CoA) of anaeroob worden omgezet in lactaat of ethanol, afhankelijk van de cellulaire omstandigheden. | | Lactaat | Een organisch zuur dat wordt gevormd uit pyruvaat tijdens anaërobe metabolisme, met name onder omstandigheden van zuurstofgebrek. De omzetting van pyruvaat naar lactaat zorgt voor de regeneratie van NAD+, wat essentieel is voor het voortbestaan van de glycolyse. | | Aerobe oxidatie | Een reeks biochemische reacties, voornamelijk plaatsvindend in de mitochondriën, die glucose en andere brandstoffen volledig afbreken tot kooldioxide en water in aanwezigheid van zuurstof, waarbij een grote hoeveelheid ATP wordt geproduceerd. Dit omvat de citroenzuurcyclus (Krebs-cyclus) en oxidatieve fosforylering. | | Anaërobe degradatie | Het afbreken van organische moleculen, zoals glucose, in afwezigheid van zuurstof. Glycolyse is een voorbeeld van anaërobe degradatie die leidt tot de vorming van pyruvaat. Verdere anaërobe paden kunnen leiden tot de vorming van lactaat of ethanol. | | Mit mitochondriën | Celorganellen die verantwoordelijk zijn voor cellulaire ademhaling en de productie van de meeste ATP-voorraden van de cel. Ze spelen een cruciale rol in de aerobe oxidatie van pyruvaat. | | Fructose | Een monosacharide die als zoetstof wordt gebruikt en ook in vruchten en honing voorkomt. Fructose kan via specifieke enzymatische stappen in de glycolyse worden geïntegreerd, wat kan leiden tot ATP-depletie in de lever bij bepaalde intoleranties. | | Galactose | Een monosacharide die een bestanddeel is van lactose (melksuiker). Galactose wordt in de cel omgezet tot glucose-6-fosfaat, een intermediair van de glycolyse, na een reeks enzymatische reacties. | | Hexokinase | Een enzym dat de eerste stap van de glycolyse katalyseert, namelijk de fosforylering van glucose tot glucose-6-fosfaat door gebruik te maken van ATP. Dit proces is energie-investerend en maakt glucose stabieler voor verdere reacties. | | Fosfofructokinase (PFK) | Een cruciaal enzym in de glycolyse dat fructose-6-fosfaat omzet in fructose-1,6-bisfosfaat. PFK is een belangrijk controlepunt en wordt allosterisch gereguleerd door moleculen zoals ATP en AMP, wat de snelheid van de glycolyse aanpast aan de energiebehoefte van de cel. | | Pyruvaatkinase (PK) | Een enzym dat de laatste stap van de glycolyse katalyseert, waarbij fosfoënolpyruvaat wordt omgezet in pyruvaat, met de productie van ATP. PK is een ander belangrijk regulatie-enzym en deficiënties kunnen leiden tot ernstige bloedaandoeningen zoals hemolytische anemie. | | (18F) FDG | Fluorodeoxyglucose, een radiofarmaceutische tracer gebruikt in Positron Emissie Tomografie (PET)-scans. Het is een analoog van glucose die snel wordt opgenomen door cellen met een hoge glycolytische activiteit, zoals kankercellen en hersenen, wat medische beeldvorming mogelijk maakt. | | Hemolytische anemie | Een aandoening waarbij rode bloedcellen sneller worden afgebroken dan ze kunnen worden geproduceerd. Dit kan worden veroorzaakt door deficiënties in enzymen van de glycolyse, zoals pyruvaatkinase, wat leidt tot een tekort aan ATP in rode bloedcellen en hun premature lysis. | | Acetylcoënzyme A (Acetyl-CoA) | Een molecuul dat wordt gevormd door de decarboxylering en koppeling van pyruvaat met coënzyme A. Acetyl-CoA is een belangrijke intermediair die de glycolyse verbindt met de citroenzuurcyclus, waar het wordt geoxideerd om aanzienlijke hoeveelheden ATP te genereren. |