HC21: Regulatie van de energiehuishouding

Algemene informatie

• Welke onderwerpen worden behandeld in het hoorcollege?
  • In dit college wordt de regulatie van de energiehuishouding besproken
• Welke onderwerpen worden besproken die niet worden behandeld in de literatuur?
  • Alle onderwerpen in dit college worden ook behandeld in de literatuur
• Welke recente ontwikkelingen in het vakgebied worden besproken?
  • Er zijn geen recente ontwikkelingen besproken
• Welke opmerkingen worden er tijdens het college gedaan door de docent met betrekking tot het tentamen?
  • Er zijn geen opmerkingen over het tentamen gemaakt
• Welke vragen worden behandeld die gesteld kunnen worden op het tentamen?
  • Er zijn geen mogelijke vragen behandeld

Functie van energie

Het lichaam heeft energie nodig voor:

• Basale stofwisseling
  • Allerlei enzymatische processen en de hartslag
  • Kost het meeste energie
• Fysieke activiteit
• Dieet-geïnduceerde thermogenese
  • Energie die nodig is om voedsel te verteren en op te slaan
  • Koolhydraten: glucose → 4,1 kcal/gram
    • Wordt opgeslagen als glycogeen in de lever en spieren of als vetweefsel
    • Hiervan heeft de mens ongeveer 700 gram
  • Vet: vetzuren → 9,4 kcal/gram
    • Worden als triglyceriden opgeslagen in vetweefsel
    • Hiervan heeft de mens ongeveer 14 kg
  • Eiwitten: aminozuren → 4,3 kcal/gram
    • Worden voornamelijk in de spieren opgeslagen als eiwitten
    • Hiervan heeft de mens ongeveer 5 kg

Insuline

Het is gunstig dat er meer vet dan glycogeen ligt opgeslagen in het lichaam → 1 kg vet bevat meer energie dan 1 kg glycogeen. Triglyceriden zijn dus een efficiëntie manier om energie op te slaan:

1. Als iemand eet gaan de nutriënten de tractus digestivus in
2. De nutriënten worden verteerd en opgenomen in de bloedbaan
3. Als de nutriënten langs de pancreas komen, gaan de β-cellen van de eilandjes van Langerhans insuline produceren
4. Insuline zorgt ervoor dat glucose als triglyceriden wordt opgeslagen in het vet
5. Spieren, vet en de lever zijn gevoelig voor insuline
6. Insuline stimuleert de glycogeensynthese in de levercellen
7. Tegelijkertijd bevordert insuline de glucose oxidatie (glycolyse) in o.a. de levercellen → pyruvaat wordt gevormd
8. Pyruvaat kan gestimuleerd door insuline richting vetzuren worden gedirigeerd → worden opgeslagen als triacylglycerol en verpakt in VLDL partikels
9. VLDL partikels worden door de lever in de bloedbaan afgegeven
10. VLDL partikels gaan naar het vetweefsel verder
11. Insuline zorgt ervoor dat de vetzuren worden opgeslagen in het vetweefsel

Insuline heeft ook een paar andere functies:

• In de lever:
  • Stimuleert de glycogeensynthese (glucose wordt omgezet in glycogeen)
  • Stimuleert de glycolyse (glucose wordt omgezet in pyruvaat) → dit stimuleert de lipogenese → acetyl-CoA wordt omgezet in vetzuren die worden omgezet in triacylglycerol
  • Remt de VLDL productie
  • Remt de glycogenolyse (omzetting van glycogeen in glucose)
  • Remt de gluconeogenese (nieuwvorming van glucose) uit alanine, glycerol en lactaat
  • Remt de β-oxidatie (verbranding van vetzuren) waarbij acetyl-CoA ontstaat
  • Remt de proteolyse (afbraak van eiwitten tot aminozuren)
• In de spieren:
  • Stimulatie van de glycogeensynthese en glycolyse → stimuleert de vorming van acetyl-CoA en dus van vetzuren (lipogenese)
  • Stimulatie van de opname van glucose en eiwitsynthese → spieren worden versterkt
  • Remt de glycogenolyse en proteolyse
• In vetweefsel:
  • Bevordert de glucoseopname
  • Bevordert de glycolyse → stimuleert de vorming van acetyl-CoA en dus van vetzuren (lipogenese(
  • Bevordert de vorming van α-glycerol-fosfaat
    • Dit leidt tot de opbouw van triglyceriden
  • Stimuleert de opname van vetzuren via LPL's
  • Remt de lipolyse (afbraak van triacylglycerol in glycerol en vetzuren)

Combineren van vet en koolhydraten:

Chylomicronen zijn lipoproteïnen gemaakt door de darm die via het lymfe de circulatie ingaan. Door lipoproteïne lipase gaan vetten de weefsels en organen in. Dit stimuleert nauwelijks de insulineproductie. Als vet en koolhydraten tegelijkertijd worden gegeten, stimuleert glucose de insulineproductie. Vervolgens stimuleert insuline de productie van lipoproteïne lipase, waardoor het vet heel efficiënt wordt opgenomen.

Glucagon

De effecten van glucagon zijn precies het tegenovergestelde van insuline:

• In de lever:
  • De glycogeensynthese wordt geremd
  • De glycogenolyse, gluconeogenese en β-oxidatie worden gestimuleerd
• In de spieren:
  • De proteolyse wordt gestimuleerd
• In het vetweefsel:
  • De lipolyse wordt gestimuleerd

Vasten

Bij vasten gebeurt er wat met de β-oxidatie:

1. De insulineconcentratie is laag, waardoor vet wordt vrijgemaakt uit vetweefsel
2. Triglyceriden splitsen in vetzuren en glycerolmoleculen → de lipolyse
3. Vrijgemaakte vetzuren gaan naar de lever
4. Uit spierweefsel worden eiwitten afgebroken door aminozuren → de proteolyse
5. Alanine komt vrij
6. Glycerol en alanine zijn precursor moleculen voor de gluconeogenese in de lever → er wordt nieuw glucose gevormd
7. Tegelijkertijd wordt glycogeen afgebroken tot glucosemoleculen
8. Het is essentieel dat er altijd glucose in de bloedcirculatie is → glucose gaat naar de hersenen
9. De rem op de β-oxidatie valt weg → de lever gaat de vetten oxideren
10. De oxidatie gaat zo hard aanstaan dat de citroenzuurcyclus alle acetyl-CoA niet meer kan verwerken
11. De acetyl-CoA moleculen hopen op → er worden ketonzuren gevormd
12. Ketonzuren zijn een soort brandstoffen voor de hersenen → kunnen blijven werken als er geen glucose is

De hersenen:

De hersenen gebruiken ongeveer 25% van de basale stofwisseling → er is veel glucose nodig om de hersenen te laten blijven werken. Als er weinig glucose is, moet er glucose gemaakt worden:

1. In de pancreas
   • De insulineconcentratie daalt en de glucagonconcentratie stijgt
     • Insuline is de belangrijkste negatieve terugkoppeling van de productie van glucagon in de α-cellen in de eilandjes van Langerhans → de concentratie glucagon gaat omhoog
2. In de spieren
   • De glucose-opname en daarmee de glycogeensynthese dalen
   • De glycogenolyse neemt toe → glucose wordt gebruikt als brandstof binnen de spier neemt toe, waardoor het bloed geen extra glucose aan de spier hoeft te geven
   • De proteolyse gaat omhoog → alanine wordt gevormd en wordt aan de circulatie afgegeven
3. In het vetweefsel
   • De glucose-opname en de LPL dalen
   • De lipolyse neemt toe → vetzuren en glycerol nemen toe
     • Vetzuren worden door alle weefsels gebruikt als brandstofbron
4. In de lever
   • Glycerol en alanine worden gebruikt in de gluconeogenese tot glucose en ketonzuren
5. Uiteindelijk neemt de glucoseproductie toe en de opname in weefsels af → er is meer glucose beschikbaar voor de hersenen

Een patiënt met diabetes type 1 met te weinig insuline heeft een hele hoge β-oxidatie. Deze patiënt verliest vetweefsel → er is overproductie van ketonzuren. Als een ketoacidose ontstaat, kan dit dodelijke gevolgen hebben.