Koolhydraten kunnen met zuurstof worden afgebroken (aerobe glycolyse). Koolhydraten kunnen echter ook zonder zuurstof worden afgebroken (anaerobe glycolyse). Wanneer er teveel energie wordt ingenomen kunnen koolhydraten in vetten worden omgezet. Wanneer te weinig koolhydraten in het lichaam aanwezig zijn, kunnen uit andere voedingsstoffen koolhydraten worden gevormd. In dit artikel worden deze metabole wegen kort beschreven.
ATP-vorming tijdens de afbraak van glucose
Tijdens de glycolyse worden 4 mol ATP gevormd per mol glucose. Er moeten echter eerst 2 mol ATP geïnvesteerd worden om 4 mol ATP te verkrijgen. De netto-opbrengst zijn 2 mol ATP. Ook worden er 2 mol ATP in de citroenzuurcyclus gevormd. In de oxidatieve fosforylatie worden 34 mol ATP gevormd. In totaal levert de verbranding van 1 mol glucose 38 ATP, oftewel 456000 calorieën. De glycolyse en oxidatie van glucose worden gereguleerd. ATP vormen wanneer dat niet nodig is, is een enorme verspilling van energie. Deze processen worden dus gereguleerd door de energiebehoefte van de cel. Deze regulatie stoelen op de concentratie van ADP en ATP in de cel. Een belangrijke methode waarop ATP het energiemetabolisme van de cel kan reguleren is door een allosterische inhibitie van het enzym fosfofructokinase. Dit enzym stimuleert de vorming van fructose-1,6-difosfaat tijdens de eerste reacties van de glycolyse. Het netto-effect van een teveel aan ATP is het stoppen van de glycolyse en dus het koolhydraatmetabolisme. ADP heeft het omgekeerd allosterische effect op fosfofructokinase en vergroot dus de activiteit van enzym. Wanneer ATP door de cel wordt gebruikt, ontstaat er ADP. Hierdoor neemt de activiteit van fosfofructokinase toe.
Anaërobe glycolyse
Soms is er te weinig of geen zuurstof in de cel aanwezig. De oxidatie van glucose kan dan niet plaats vinden. Voor de afbraak van glucose tot pyruvaat is echter geen zuurstof nodig. De anaërobe glycose levert echter maar 24000 calorieën per mol glucose. Dit is maar 3% van de totale energie-inhoud van glucose. De anaërobe glycolyse kan echter een levensreddend energieleverend proces zijn. De vorming van melkzuur tijdens de anaërobe glycolyse zorgt voor extra vorming van energie. De eindproducten pyruvaat en nicotine-amide adeninedinucleotide (NADH) leveren onder de invloed van het enzym lactaatdehydrogenase, melkzuur en NAD. Dit voorkomt de ophoping van pyruvaat en NADH, welke de glycolyse zouden inhiberen. Het melkzuur gaat middels gefaciliteerd diffusie uit de cel richting de extracellulaire vloeistof. Melkzuur kan men zien als een gootsteen, waardoor glycolytische eindproducten verdwijnen en waardoor de glycolyse veel langer door kan gaan.
Pentosefosfaatshunt
Ongeveer 30% van de glucose-afbraak in de lever- en vetcellen is niet afhankelijk van de glycolyse en citroenzuurcyclus. De pentosefosfaatshunt is een cyclisch proces waarin 1 koolstofatoom van glucose wordt afgehaald om koolstofdioxide en waterstof te produceren. Het waterstof komt uiteindelijk in de oxidatieve fosforylatie om ATP te leveren. De pentosefosfaatshunt is een metabole weg die gebruikt kan worden wanneer er enzymatische afwijkingen zijn.
De gluconeogenese
Wanneer de koolhydraatvoorraden leeg raken, kan er glucose uit aminozuren en glycerol gevormd worden. Dit proces wordt Gluconeogenese genoemd. 60% Van de aminozuren van het lichaamseiwit kunnen makkelijk in glucose worden omgezet. Elk aminozuur wordt op een net iets andere chemische reactie in glucose omgezet. Weinig koolhydraten in de cellen en een daling van de bloedglucosespiegel zijn het startschot voor de gluconeogenese.
Bronnen:
JE. Hall, 2006, Pocket Companion to Textbook of Medical Physiology, Elsevier Inc
GA Thibodeau, Patton KT 2007, Anatomy & Physiology, Mosby/Elsevier
EN Marieb, Hoehn K 2007, Human Anatomy & Physiology, Pearson/Benjamin Cummings
