Galactose en fructose.pdf

# Structuur en functies van koolhydraten Koolhydraten kunnen zowel vrij voorkomen als gebonden zijn in complexere structuren, waarbij ze een cruciale rol spelen in diverse biologische processen [3](#page=3). ### 1.1 Indeling van koolhydraten Koolhydraten kunnen worden ingedeeld op basis van hun structuur en complexiteit: #### 1.1.1 Enkelvoudige koolhydraten * Deze zijn de bouwstenen voor complexere koolhydraten en bestaan uit relatief korte suikerketens, met name disachariden bestaande uit 3 tot 20 eenheden [5](#page=5). #### 1.1.2 Complexe koolhydraten Complexe koolhydraten kenmerken zich door lange suikerketens, vaak opgebouwd uit honderden eenheden. Hieronder vallen onder andere zetmeel en cellulose [5](#page=5). * **Zetmeel (amylase):** Dit is een oplosbaar, pasta-achtig complex koolhydraat dat voorkomt in verteerbaar voedsel. Het bestaat uit lange, vaak vertakte ketens van suikers [4](#page=4) [5](#page=5). * **Cellulose:** Dit is een onoplosbaar, vezelig complex koolhydraat dat onverteerbaar is voor veel organismen en voorkomt in ruwvoer. De structuur is overwegend onvertakt en opgebouwd uit herhalende disachariden [4](#page=4) [5](#page=5). ### 1.2 Koolhydraten als glycoconjugaten Koolhydraten kunnen ook gebonden zijn aan andere moleculen, zoals eiwitten en vetten, om zogenaamde glycoconjugaten te vormen. Dit proces, bekend als glycosylatie, is de belangrijkste post-translationele modificatie van eiwitten [3](#page=3) [6](#page=6). #### 1.2.1 Glycoproteïnen Veel eiwitten zijn glycoproteïnen, wat betekent dat suikers gebonden zijn aan aminozuren [5](#page=5). * **Structuur:** Glycoproteïnen bevatten korte suikerketens die gebonden zijn aan de aminozuurketen. De koolhydraatcomponent vormt typisch 10% van het totale molecuulgewicht [5](#page=5). * **Biosynthese:** De synthese van de suikercomponenten en hun activatie vinden plaats in het cytosolische compartiment. Het bouwen van complexe structuren op lipidische tussenproducten gebeurt in het endoplasmatisch reticulum (ER). Verder worden glycosylatie- en snoeireacties uitgevoerd in het ER en het Golgi-apparaat, wat resulteert in een breed scala aan oligosacharidestructuren op de eiwitten [6](#page=6). #### 1.2.2 Glycolipiden Naast glycoproteïnen kunnen koolhydraten ook gebonden zijn aan lipiden, wat resulteert in glycolipiden [3](#page=3). ### 1.3 Functies van suikers op glycoconjugaten De suikers die gebonden zijn aan glycoconjugaten, zoals geglycolyseerde eiwitten en vetten, vervullen diverse cruciale functies in de cel [6](#page=6). * **Modificatie van fysieke eigenschappen:** Suikers kunnen de oplosbaarheid, stabiliteit en/of viscositeit van eiwitten veranderen [6](#page=6). * **Hulp bij vouwing:** Ze kunnen ondersteuning bieden bij het correct vouwen van eiwitten, wat essentieel is voor hun structuur en functie [6](#page=6). * **Targeting:** Suikers kunnen eiwitten helpen naar de juiste subcellulaire locatie te worden getransporteerd [6](#page=6). * **Celherkenning:** Glycoconjugaten spelen een sleutelrol in cel-eiwit- en cel-celherkenning tijdens biologische processen zoals bevruchting, ontwikkeling en ontstekingsreacties [6](#page=6). > **Tip:** Hoewel koolhydraten als "los" of gebonden kunnen voorkomen, is hun gebonden vorm in glycoconjugaten van bijzonder belang voor celcommunicatie en eiwitfunctie [3](#page=3). > > **Voorbeeld:** Glycolipiden op het celmembraan van rode bloedcellen bepalen de bloedgroep (A, B, AB, O), wat een klassiek voorbeeld is van hun rol in celherkenning [Niet in document. --- # Galactose metabolisme en pathologie Dit hoofdstuk beschrijft het metabolisme van galactose, van opname tot integratie in cellulaire processen, en belicht de pathologieën die voortvloeien uit enzymdeficiënties. ### 2.1 Galactose opname Galactose wordt voornamelijk verkregen uit voeding, met name via lactose, dat in de darmen wordt afgebroken tot glucose en galactose. De opname van galactose in cellen vindt plaats via specifieke transporters [9](#page=9). ### 2.2 Galactose metabolisme Galactose ondergaat een reeks enzymatische omzettingen om geïntegreerd te worden in cellulaire metabolische routes. #### 2.2.1 Omzetting van β-D-galactose naar α-D-galactose De eerste stap in het galactosemetabolisme is de omzetting van β-D-galactose naar α-D-galactose. Dit gebeurt door het enzym galactose mutarotase (GALM) [10](#page=10). #### 2.2.2 Fosforylering tot galactose-1-fosfaat Vervolgens wordt α-D-galactose gefosforyleerd met behulp van ATP, wat resulteert in de vorming van galactose-1-fosfaat. Dit proces vereist energie en wordt gekatalyseerd door het enzym galactokinase (GALK) [11](#page=11). #### 2.2.3 Conversie naar glucose-1-fosfaat Galactose-1-fosfaat wordt vervolgens omgezet in glucose-1-fosfaat door het enzym galactose-1-fosfaat uridyltransferase (GALT). Deze stap is cruciaal voor de integratie van galactose in het koolhydraatmetabolisme [12](#page=12). #### 2.2.4 Integratie in cellulaire processen Glucose-1-fosfaat kan vervolgens verder gemetaboliseerd worden via verschillende routes, waaronder: * Glycolyse [12](#page=12). * Pentosefosfaatroute [12](#page=12). * Gluconeogenese [12](#page=12). * Glycogenese [12](#page=12). Daarnaast fungeert galactose als donor voor glycosylatie, essentieel voor de synthese van glycoconjugaten [12](#page=12). #### 2.2.5 Alternatieve pathways Er bestaan ook alternatieve pathways die helpen bij het bewaren van het evenwicht tussen UDP-glucose en UDP-galactose, wat essentieel is voor zowel de synthese als de afbraak van galactose [13](#page=13). ### 2.3 Pathologie van galactose metabolisme: Galactosemie Deficiënties in de enzymen die betrokken zijn bij het galactosemetabolisme kunnen leiden tot ernstige klinische aandoeningen, met name klassieke galactosemie. #### 2.3.1 GALT deficiëntie (klassieke galactosemie) Een deficiëntie in het enzym galactose-1-fosfaat uridyltransferase (GALT) leidt tot de accumulatie van galactose-1-fosfaat [14](#page=14). * **Gevolgen van ↑Gal-1-P:** * Verstoring van koolhydraatmetabolisme [14](#page=14). * Inhibitie van inositol monophosphatase, wat de inositol-signalering, osmoregulatie en metabolisme beïnvloedt [14](#page=14). * Inhibitie van glycosyltransferases [14](#page=14). * **Klinische manifestaties:** Weefselschade, orgaanfalen en intellectuele dysfunctie [14](#page=14). * **Vorming van galactitol:** * Galactitol accumuleert en werkt hyperosmotisch, wat celzwelling veroorzaakt [15](#page=15). * Het leidt tot depleties van NADPH, wat de activiteit van glutathionreductase vermindert [15](#page=15). * Dit resulteert in verhoogde vrije radicalen, oxidatieve stress en celdood [15](#page=15). * Een klinisch kenmerk is cataractvorming [15](#page=15). #### 2.3.2 GALK deficiëntie Een deficiëntie in het enzym galactokinase (GALK) leidt ook tot de accumulatie van galactitol [16](#page=16). * **Gevolgen van galactitol accumulatie:** * Hyperosmotisch effect met celzwelling [16](#page=16). * Depletie van NADPH, wat leidt tot verminderde glutathionreductase activiteit, oxidatieve stress en celdood [16](#page=16). * Cataractvorming [16](#page=16). ### 2.4 Klinische presentatie van galactosemie Galactosemie, met name de klassieke vorm, kan zich op verschillende manieren manifesteren. #### 2.4.1 Neurologische en ontwikkelingseffecten Langetermijncomplicaties omvatten neurologische problemen, gedragsproblemen, voedingsproblemen, groeiproblemen, osteoporose en ovariële insufficiëntie met infertiliteit [18](#page=18). #### 2.4.2 Neonatale presentatie Bij pasgeborenen kan galactosemie zich uiten als stijgend bilirubine ondanks fototherapie, verhoogd lactaat en ammoniak, verstoorde leverenzymen, verlengde stolling, een vergrote lever en 'failure to thrive'. Een casus beschrijft een neonaat met verhoogd galactose-1-fosfaat en verlaagd GALT, wat leidde tot de diagnose van klassieke galactosemie en de noodzaak van een galactosevrije voeding [19](#page=19). > **Tip:** Het is cruciaal om de enzymdeficiënties te koppelen aan de specifieke metabolieten die zich ophopen en de daaruit voortvloeiende cellulaire mechanismen die tot schade leiden. Begrijp de rol van galactitol en oxidatieve stress. > **Voorbeeld:** Een GALT-deficiëntie blokkeert de omzetting van galactose-1-fosfaat naar glucose-1-fosfaat. De opstapeling van galactose-1-fosfaat verstoort diverse pathways, terwijl de resterende galactose wordt omgezet in galactitol. Dit galactitol fungeert als een osmotisch actieve stof en leidt via NADPH-depletie tot oxidatieve schade, met name in de lens van het oog (cataract) en de lever. --- # Fructose metabolisme en pathologie Dit onderwerp verklaart het metabolisme van fructose, de interactie met glycolyse en lipogenese, en de rol ervan in metabole ziekten, inclusief klinische gevolgen van fructose-intolerantie en fructosemie. ### 3.1 Het metabolisme van fructose Fructose wordt opgenomen in de enterocyt via de GLUT5 transporter aan de basolaterale zijde. Vervolgens kan het via de GLUT2 transporter in de bloedsomloop terechtkomen. In cellen wordt fructose gefosforyleerd door hexokinase of fructokinase. Hexokinase heeft een voorkeur voor glucose, terwijl fructokinase specifieker is voor fructose. De belangrijkste producten van fructose metabolisme zijn glyceraldehyde en dihydroxyacetonfosfaat, welke intermediairen zijn in de glycolyse [21](#page=21) [22](#page=22). ### 3.2 Interactie met glycolyse en lipogenese Het metabolisme van fructose is nauw verbonden met de glycolyse. Een cruciaal verschil met glucose metabolisme is dat fructokinase niet gereguleerd wordt, in tegenstelling tot fosfofructokinase (PFK). Dit gebrek aan regulatie leidt tot een snelle energieproductie via glycolyse en lipogenese. Dit proces draagt bij aan metabole ziekten zoals MAFLD/NAFLD, obesitas, insulineresistentie en jicht [23](#page=23) [24](#page=24). ### 3.3 Fructosepathologie #### 3.3.1 Essentiële fructosémie (fructokinase deficiëntie) Bij een deficiëntie van fructokinase is er geen ziekteverschijnsel omdat fructose gewoon via hexokinase gemetaboliseerd kan worden. Er is echter wel een verhoogde concentratie fructose in bloed en urine [26](#page=26). #### 3.3.2 Erfelijke fructose-intolerantie (HFI) Erfelijke fructose-intolerantie, ook wel bekend als aldolase B deficiëntie, wordt veroorzaakt door een verhoogd toxisch fructose-1-fosfaat niveau. Na inname van fructose, sucrose of sorbitol kunnen patiënten een reeks symptomen vertonen. Deze omvatten [27](#page=27): * Fruitaversie [27](#page=27). * Voedingsweigering en braken [27](#page=27). * Verlaagd bewustzijn en afwijkend gedrag [27](#page=27). * Transpiratie [27](#page=27). * Soms leverfalen, hypoglycemie en renale tubulaire acidose [27](#page=27). De pathofysiologie is tweeledig: * Inhibitie van gluconeogenese en glycogenolyse [27](#page=27). * Fosfaattrapping, wat leidt tot minder regeneratie van ATP [27](#page=27). ##### 3.3.2.1 Casus: Erfelijke fructose-intolerantie Een casus beschrijft een kind van 4,5 maand oud met braken bij elke voeding en dehydratie. Bij onderzoek werd hypoglycemie van 30 mg/dL en verminderd bewustzijn vastgesteld, wat herstelde na glucose-infuus. Het kind had regelmatige opnames met voedingsproblemen, met verdenking op gastro-enteritis. Op 2-jarige leeftijd kreeg het kind herhaaldelijke aanvallen (30 minuten) met bleekheid, cyanose, hypotonie en geen contact. Een EEG na 24 uur was normaal. Het kind had een aversie van fruit, frisdranken en sommige groenten, wat leidde tot de diagnose erfelijke fructose-intolerantie. De behandeling bestond uit een dieet arm aan fructose, sucrose en sorbitol [28](#page=28). > **Tip:** Het onderscheid tussen de mildere essentiële fructosémie en de ernstigere erfelijke fructose-intolerantie is cruciaal voor de diagnostiek en behandeling. Let op de aanwezigheid van toxisch fructose-1-fosfaat en de klinische symptomen bij HFI. --- # Samenvatting en leerdoelen Dit hoofdstuk biedt een overzicht van de belangrijkste leerpunten met betrekking tot het metabolisme van koolhydraten, specifiek de rol van glucose en galactose in energievoorziening, en de pathofysiologie van galactosemie en fructose-intolerantie, inclusief de relevantie van fructose in het metabool syndroom [29](#page=29) [30](#page=30). ### 4.1 Koolhydraatmetabolisme: energie en monosachariden Glucose en galactose worden beschouwd als effectieve bronnen voor glucose en energie, en hun metabolisme is onafhankelijk van de processen van glycogenolyse en gluconeogenese [30](#page=30). #### 4.1.1 Afbraak en gebruik van galactose en fructose Het is van belang inzicht te verwerven in de processen die ten grondslag liggen aan de afbraak en het gebruik van galactose en fructose in het lichaam [30](#page=30). #### 4.1.2 Pathofysiologie en kliniek van galactosemie en fructose-intolerantie Inzicht in de pathofysiologie en klinische manifestaties van galactosemie en fructose-intolerantie is een belangrijk leerdoel [30](#page=30). ##### 4.1.2.1 Galactosemie Galactosemie is een aandoening die voortkomt uit de accumulatie van galactose in het bloed [30](#page=30). ##### 4.1.2.2 Fructose-intolerantie Fructose-intolerantie betreft de onmogelijkheid om fructose adequaat te metaboliseren [30](#page=30). #### 4.1.3 De rol van fructose in het metabool syndroom Fructose speelt een significante rol in de pathofysiologie van het metabool syndroom [30](#page=30). ### 4.2 Glycosylering: een belangrijke posttranslationele modificatie Glycosylering is de meest voorkomende posttranslationele modificatie van weefselproteïnen [30](#page=30). #### 4.2.1 Compartimentalisatie van glycosylering Glycosylering is een activiteit die plaatsvindt in meerdere compartimenten van de cel. Dit omvat suikerinterconversies en activatie in het cytosolische compartiment, de opbouw van complexe structuren op lipide-intermediaten in het endoplasmatisch reticulum (ER), en glycosylerings- en snoei-reacties in het ER en het Golgi-apparaat. Het resultaat is een opmerkelijk diverse reeks oligosaccharidestructuren op proteïnen [30](#page=30). #### 4.2.2 Functies van suikers op glycoconjugaten Suikers op glycoconjugaten kunnen verschillende functies vervullen, waaronder: * Het aanpassen van de fysische eigenschappen van het proteïne, zoals oplosbaarheid, stabiliteit en/of viscositeit [30](#page=30). * Het ondersteunen van de vouwing van het proteïne [30](#page=30). * Het bijdragen aan de targeting van het proteïne naar de juiste locatie in de cel [30](#page=30). * Het mediëren van cel-proteïne en cel-cel herkenning tijdens bevruchting, ontwikkeling, ontsteking en andere processen [30](#page=30). --- ## 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 | |------|------------| | Koolhydraten | Organische verbindingen die bestaan uit koolstof-, waterstof- en zuurstofatomen, vaak met de algemene formule $C_x(H_2O)_y$, en dienen als energiebron en structurele componenten in levende organismen. | | Glycoconjugaten | Moleculen die bestaan uit een koolhydraat (glycaan) gebonden aan een ander molecuul, zoals een eiwit (glycoproteïne) of een lipide (glycolipide), en spelen cruciale rollen in celherkenning en signaaltransductie. | | Glycoproteinen | Eiwitten waaraan één of meerdere koolhydraatketens (glycaan') gebonden zijn, wat hun stabiliteit, oplosbaarheid, vouwing en plaatsing in de cel kan beïnvloeden. | | Glycolipiden | Lipiden waaraan één of meerdere koolhydraatketens gebonden zijn, en die een belangrijke rol spelen in de celmembraanstructuur en cel-celcommunicatie. | | Starch (Zetmeel) | Een polysacharide samengesteld uit glucose-eenheden, die dient als opslagvorm van koolhydraten in planten en verteerbaar is voor veel organismen. | | Cellulose | Een lineaire polysacharide van glucose-eenheden, die de belangrijkste structurele component van plantencelwanden vormt en onverteerbaar is voor de meeste dieren. | | Glycosylatie | Een posttranslationele modificatie waarbij koolhydraatgroepen aan eiwitten worden gebonden, wat essentieel is voor de juiste vouwing, functie en lokalisatie van veel eiwitten. | | ER (Endoplasmatisch Reticulum) | Een complex netwerk van membranen in eukaryote cellen dat betrokken is bij de synthese, modificatie en transport van eiwitten en lipiden. | | Golgi-apparaat | Een organel in eukaryote cellen dat verantwoordelijk is voor het verder bewerken, sorteren en verpakken van eiwitten en lipiden voor secretie of levering aan andere bestemmingen in de cel. | | Galactose | Een monosacharide die een epimeer is van glucose en een belangrijk bestanddeel is van lactose (melksuiker), en die via specifieke enzymatische routes gemetaboliseerd wordt. | | Lactose | Een disacharide bestaande uit glucose en galactose, voorkomend in melk, dat door het enzym lactase wordt gesplitst. | | Lactase | Een enzym dat lactose hydrolyseert tot glucose en galactose, essentieel voor de vertering van melksuiker. | | GALM (Galactose mutarotase) | Een enzym dat de mutarotatie van galactose katalyseert, waarbij de anomere vorm (alfa of bèta) wordt omgezet naar een evenwichtsverhouding, wat nodig is voor verdere metabolisme. | | GLUT2 transporter | Een glucose transporter die selectief is voor glucose, galactose en fructose, en zich voornamelijk bevindt in de lever, pancreas, darmen en nieren. | | GALT (Galactose-1-fosfaat uridyltransferase) | Een cruciaal enzym in het galactosemetabolisme dat galactose-1-fosfaat omzet in UDP-galactose, en waarvan deficiëntie leidt tot klassieke galactosemie. | | Galactose-1-fosfaat (Gal-1-P) | Een metaboliet van galactose die zich ophoopt bij GALT-deficiëntie en toxische effecten heeft op weefsels. | | Galactitol | Een reductieproduct van galactose dat zich ophoopt bij deficiënties in het galactosemetabolisme, wat leidt tot osmotische stress en celbeschadiging, vooral in de lens van het oog (cataract). | | NADPH (Nicotinamide Adenine Dinucleotide Phosphate) | Een cofactor die betrokken is bij reductieve biosynthese en de bescherming tegen oxidatieve stress via het glutathion systeem. | | Glutathion reductase | Een enzym dat de gereduceerde vorm van glutathion regenereert uit de geoxideerde vorm, essentieel voor de bescherming van cellen tegen oxidatieve schade. | | GALK (Galactokinase) | Een enzym dat galactose fosforyleert tot galactose-1-fosfaat, de eerste stap in het galactosemetabolisme. Deficiëntie veroorzaakt galactokinase-deficiënte galactosemie. | | Fructose | Een monosacharide, een isomeer van glucose, dat wordt aangetroffen in vruchten en honing en een belangrijke rol speelt in de energiehuishouding en lipogenese. | | Hexokinase | Een enzym dat glucose fosforyleert tot glucose-6-fosfaat, de eerste stap in de glycolyse. Het kan ook andere hexosen, zoals fructose, fosforyleren maar met lagere affiniteit. | | Fructokinase | Een enzym dat fructose fosforyleert tot fructose-1-fosfaat, voornamelijk in de lever. Dit is een belangrijke route voor fructosemetabolisme. | | GLUT5 transporter | Een specifieke transporter voor fructose, voornamelijk aanwezig in de darmen. | | Dihydroxyaceton phosphate (DHAP) | Een intermediair in de glycolyse en gluconeogenese, gevormd uit de splitsing van fructose-1,6-bisfosfaat. | | Lipogenese | Het proces van de synthese van vetzuren en triglyceriden uit koolhydraten en andere precursors, vaak gestimuleerd door een hoge fructose-inname. | | MAFLD/NAFLD (Metabolic Associated Fatty Liver Disease / Non-Alcoholic Fatty Liver Disease) | Leveraandoeningen geassocieerd met metabole disfunctie, waarbij fructose-metabolisme een belangrijke rol kan spelen. | | Essentiële Fructosemie | Een zeldzame metabole aandoening veroorzaakt door een deficiëntie in hexokinase, waardoor fructose niet efficiënt wordt gemetaboliseerd en verhoogde fructose-niveaus in het bloed ontstaan zonder ernstige klinische verschijnselen. | | Hereditaire Fructose Intolerantie (HFI) | Een erfelijke metabole aandoening veroorzaakt door een deficiëntie in het enzym aldolase B, wat leidt tot de accumulatie van toxisch fructose-1-fosfaat na fructose-inname. | | Aldolase B | Een enzym dat fructose-1-fosfaat splitst in glyceraldehyde en dihydroxyacetonfosfaat, een sleutelstap in het fructosemetabolisme. | | Fosfaattrapping | Een fenomeen waarbij fosfaat wordt geconsumeerd en gebonden aan metabolieten, zoals fructose-1-fosfaat in HFI, wat leidt tot een tekort aan vrij anorganisch fosfaat en verstoring van ATP-productie en -regeneratie. |