Voor alle levensprocessen in het lichaam is energie nodig. Alle energie die het lichaam nodig heeft moet uiteindelijk in de vorm van AdenosineTrifosfaat (ATP) geleverd worden. Het lichaam heeft een voorraad van ATP voor enkele seconden. Het lichaam kan echter koolhydraten, eiwitten en vetten afbreken tot ATP. Het afbreken van moleculen tot kleinere moleculen wordt katabolisme genoemd en levert ATP op. Het opbouwen van grote moleculen uit kleinere moleculen wordt anabolisme genoemd en kost ATP. Wanneer de energie-inname groter is dan het energiegebruik is er sprake van een positieve energiebalans. Wanneer de energie-inname kleiner is dan het energiegebruik is er sprake van een negatieve energiebalans.
Anabolisme en katabolisme
Grofweg bestaat het metabolisme uit twee tegenovergestelde processen. Deze processen zijn het anabolisme en het katabolisme. Anabolisme zijn alle stofwisselingsprocessen waarbij uit kleine moleculen grotere moleculen worden gevormd. Anabole processen kosten energie (ATP). Anabole stofwisselingsprocessen zijn:
- Glycogenese: opbouw van glycogeen uit glucose
- Gluconeogenese: nieuwvorming van glucose uit lactaat, of glucogene aminozuren, of glycerol
- Lipogenese: opbouw van vet uit vetzuren en glycerol
- Transaminering en aminering: opbouw van eiwitten uit aminozuren
Katabolisme is het tegenovergestelde van anabolisme. Katabolisme zijn alle stofwisselingsprocessen waarbij grote moleculen worden afgebroken tot kleinere moleculen. Katabole processen leveren energie (ATP) op. Katabole stofwisselingsprocessen zijn:
- Glycogenolyse: afbraak van glycogeen tot glucose
- Glycolyse: anaerobe afbraak (zonder zuurstof) van glucose tot pyruvaat (pyrodruivenzuur), of lactaat, waarbij 2 ATP per glucosemolecuul ontstaan. Ook komt zuur (H+ionen) vrij wat de glycolyse na ongeveer 60 seconden remt
- Lipolyse: afbraak van vetten tot glycerol en vetzuren
- Beta-oxidatie: afbraak van vetzuren tot acetylCoA
- Citroenzuurcyclus en electronentransportsysteem: afbraak van acetylCoA met zuurstof tot water en koolstofdioxide, waarbij 16-17 ATP per acetylCoA molecuul ontstaan
- Transaminering en deaminering: afbraak van eiwitten en aminozuren
Anabolisme en katabolisme gaan vaak samen. Voor de glycogenese is bijvoorbeeld energie nodig uit de lipolyse, beta-oxidatie, citroenzuurcyclus en electronentransportsysteem.
Koolhydraatstofwisseling; opbouw en afbraak van koolhydraten
De lever speelt een belangrijke rol in de koolhydraatstofwisseling. De lever kan de monosachariden glucose, fructose en galactose afkomstig van het spijsverteringsstelsel en vervoerd door de poortader omzetten in glucose, vervolgens opslaan als glycogeen, of er vrije vetzuren, vetten en lipoproteïnen (cholesterol) uit maken. Andere cellen dan de levercellen kunnen alleen het monosacharide glucose gebruiken. Daarom vervult de lever zo’n belangrijke rol in de koolhydraatstofwisseling. De lever zet namelijk fructose en galactose om in glucose. De meeste cellen zijn in staat om een glycogeenvoorraad op te bouwen, en/of om het glucose om te zetten in vet. Rode bloedcellen, zenuwcellen en cellen van het immuunsysteem kunnen geen glycogeenvoorraad opbouwen en hebben dus een constante glucosetoevoer nodig.
Wanneer het lichaam energie nodig heeft, zullen de glycolyse, citroenzuurcyclus en electronentransportsysteem de overhand hebben. Wanneer het lichaam geen energie nodig heeft, zal aanvankelijk de glycogeenvoorraad opgebouwd worden uit het glucose. Wanneer de glycogeenvoorraad vol zit, wordt er vet uit koolhydraten gevormd. Uit glucose wordt acetylCoA gevormd wat in de lipogenese verder wordt verwerkt tot vet.
Vetstofwisseling; opbouw en afbraak van vetten
Wanneer de energie-inname groter is, dan het energiegebruik (energiebalans positief) wordt de overtollige energie opgeslagen als vet. De vorming van vet wordt lipogenese genoemd. Om nieuwe vetten (triglyceriden) te vormen zijn vetzuren nodig en glycerol. Vetzuren worden gevormd door acetylCoA-moleculen aan elkaar te koppelen. Glycerol wordt gevormd in een van de processen van de glycolyse. Bij de vorming van vetten worden drie vetzuren aan een glycerolmolecuul gekoppeld. Met uitzondering van rode bloedcellen, zenuwcellen en cellen van het immuunsysteem zijn alle cellen in staat tot vetvorming en –opslag.
Wanneer het energiegebruik groter is, dan de energie-inname (energiebalans negatief) wordt vet uit de vetopslag vrijgemaakt en verbrand (aeroob proces; met zuurstof). Het afbreken van vet tot vetzuren en glycerol wordt lipolyse genoemd. De ontstane vetzuren worden in de beta-oxidatie afgebroken tot acetylCoA. Ook uit glycerol ontstaat op een gegeven moment acetylCoA. Het acetylCoA kan vervolgens in de citroenzuurcyclus worden afgebroken tot water en koolstofdioxide.
Eiwitstofwisseling; opbouw en afbraak van eiwitten
De eiwitstofwisseling bestaat uit opbouw en afbraak van eiwitten. In het lichaam is er constant sprake van beide stofwisselingsprocessen. Soms kan echter het evenwicht wat meer naar eiwitopbouw liggen en soms wat meer naar eiwitafbraak. Bij herstel van een blessure zal eerst eiwitafbraak de overhand hebben. Beschadigde eiwitten van de weefsels moeten namelijk worden afgebroken. Daarna zal eiwitopbouw de overhand hebben. Er moeten namelijk nieuwe weefsels worden opgebouwd.
Eiwitafbraak bestaat uit transaminering en deaminering. Bij de eiwitafbraak worden de eiwitten afgebroken tot aminozuren. Vervolgens kunnen deze eiwitten verder worden verbrand, of worden opgeslagen als vet.
Eiwitopbouw bestaat uit transaminering en aminering. Bij de eiwitopbouw worden de aminozuren aan elkaar gekoppeld tot eiwitten.
Nucleinezuurstofwisseling
De nucleïnezuren guanine, cytosine, adenine en thiamine zijn onderdelen van het DNA. DNA wordt nooit afgebroken. Op basis van het DNA wordt het mRNA gemaakt. mRNA bestaat uit guanine, adenine, cytosine en uracil. mRNA wordt regelmatig afgebroken. Cytosine en uracil kunnen na bewerking worden afgebroken in de citroenzuurcyclus en electronentransportsysteem. Guanine en adenine worden als urinezuur met de urinezuur uitgescheiden.
Thermoregulatie; warmteproductie en warmte-afgifte
Om de chemische processen goed te kunnen laten verlopen in het lichaam is een constante temperatuur van ongeveer 37 graden celcius nodig. Het is daarom belangrijk dat de lichaamstemperatuur constant blijft. Wanneer de lichaamstemperatuur te hoog dreigt op te lopen kan het lichaam warmte kwijtraken door de doorbloeding van de huid te stimuleren en middels convectie (warmtestroming), conductie (geleiding), straling (infraroodstraling) en evaporatie (verdamping van zweet).
Wanneer de lichaamstemperatuur te laag dreigt te worden, neemt de huiddoorbloeding af en kan het lichaam gaan rillen. Bij rillen trekken de spieren samen. Hierbij komt warmte vrij.
Bronnen:
JE. Hall, 2013, Pocket Companion to Textbook of Medical Physiology, Elsevier Inc
GA Thibodeau, Patton KT 2012, Anatomy & Physiology, Mosby/Elsevier
EN Marieb, Hoehn K 2012, Human Anatomy & Physiology, Pearson/Benjamin Cummings
