In de Metabolisme het is de omzetting van biochemische stoffen door het enzymsysteem van de organismen. Er worden tussenproducten gevormd, die ook wel metabolieten worden genoemd. Het gehele metabolisme is gebaseerd op het constante metabolisme van chemische stoffen.
Wat is metabolisme?
De term metabolisme wordt gebruikt in de biologie en geneeskunde en beschrijft de omzetting of afbraak van een chemische stof in de context van metabolisme. In het Grieks wordt de term metabolisme ook wel metabolisme genoemd. Metabolisme is nodig om de vitale functies van het organisme te behouden.
Er is het zogenaamde katabole en anabole metabolisme. In de context van katabool metabolisme worden bijvoorbeeld hoogenergetische, hoogpolymere biostoffen uit voedsel afgebroken met het vrijkomen van energie. De ontmanteling vindt plaats in drie fasen. Op deze manier worden in eerste instantie de individuele bouwstenen aangemaakt uit polysacchariden (meerdere suikers), vetten en eiwitten. In het geval van polysacchariden zijn dit hexosen (glucose, fructose) en pentosen. Vetten worden afgebroken tot vetzuren en glycerine en de eiwitten zijn op hun beurt de bron van individuele aminozuren. Al deze monomeren zijn metabolieten van de stofwisseling, omdat ze ofwel verder kunnen worden afgebroken, ofwel bijdragen aan de opbouw van lichaamseigen biologische stoffen.
De anabole stofwisseling zorgt ervoor dat de lichaamseigen complexe verbindingen worden opgebouwd uit eenvoudigere grondstoffen. De metabolieten van het katabole metabolisme worden katabolieten genoemd en die van het anabole metabolisme worden anabolieten genoemd. Het raakvlak tussen anabool en katabool metabolisme is het zogenaamde intermediaire metabolisme: veel metabolieten zijn zowel het uitgangsmateriaal voor anabole als katabole processen.
Vreemde stoffen worden ook in het lichaam gemetaboliseerd en omgezet in een in water oplosbare vorm die kan worden uitgescheiden. Deze vreemde stoffen zijn onder meer medicijnen, maar ook gifstoffen.
Functie en taak
De stofwisseling is van groot belang voor het lichaam. Het lichaam wordt van energie voorzien door de constante omzetting van stoffen (tijdens de afbraak van hoogenergetische, hoogmoleculaire biomoleculen). De chemische energie van de uitgangsstoffen wordt vrijgegeven en omgezet in warmte en kinetische energie om fysieke functies te behouden. Dit creëert kooldioxide en water aan het laagste uiteinde van de katabole processen. Deze afbraak vindt plaats via verschillende tussenstoffen, die ook als zogenaamde metabolieten weer in anabole lichaamsprocessen kunnen worden opgenomen. De vrijkomende energie wordt tijdens de afbraakprocessen tijdelijk opgeslagen in een fosfaatbinding (zie ATP, GTP of andere).
Door het splitsen van de fosfaatbinding komt energie vrij, die in een anabool proces weer kan worden omgezet in chemische energie van een macromolecuul. Katabole en anabole metabolische routes zijn daarom nauw met elkaar verbonden.
Bovendien worden in elk stadium van een katabole of anabole metabolische route metabolieten gevormd die ofwel worden afgebroken of gebruikt om complexere verbindingen te bouwen. Het is niet doorslaggevend uit welke metabolische route de individuele metaboliet afkomstig is. Dit raakvlak tussen katabool en anabool metabolisme wordt het intermediaire metabolisme genoemd.
Het organisme bevindt zich altijd in een stabiele toestand van chemische stoffen die worden geïntroduceerd en verwijderd. Dierlijke organismen gebruiken de chemische energie van organische stoffen, die worden afgebroken tot eenvoudige anorganische stoffen. Plantenorganismen nemen zonne-energie op in de vorm van licht en zetten deze om in chemische energie door organische stoffen op te bouwen uit anorganische stoffen.
Behalve dat ze worden gemetaboliseerd als onderdeel van een normaal metabolisme, worden geabsorbeerde lichaamsvreemde stoffen ook gemetaboliseerd. Deze metabolisaties vinden altijd plaats in de lever. Dit zijn meestal ontgiftingsreacties. Farmaceutica zijn ook onderhevig aan deze reacties. Over het algemeen wordt dit biotransformatie genoemd. In een eerste fase vinden oxidatie- of reductiereacties of hydrolyse plaats.
Bij een primair werkend gif of een primair werkend geneeskrachtig middel neemt de werking af. Als het medicijn echter als pro-drug wordt opgenomen, zal het pas effectief zijn na de fase 1-reacties. Hetzelfde kan gebeuren met een voornamelijk niet-giftige stof. Sommige gifstoffen ontwikkelen zich alleen in het lichaam door een passend metabolisme. De metabolieten die in fase 1 worden gevormd, worden in een tweede fase door verdere transformaties in water oplosbaar gemaakt, zodat ze via de nieren kunnen worden uitgescheiden.
Ziekten en aandoeningen
In de context van metabolisme en de bijbehorende metabolisaties kunnen aanzienlijke gezondheidsproblemen ontstaan als een metaboliet niet of slecht afgebroken kan worden. Als er daarentegen geen reacties zijn op de vorming van bepaalde belangrijke metabolieten, zijn ook gezondheidsgevolgen te verwachten. In dergelijke situaties is er vaak sprake van een genetisch defect of een chromosoomverandering.
Bepaalde enzymen kunnen niet of slechts in onvoldoende mate worden geproduceerd. Hetzelfde effect wordt veroorzaakt door een defect enzym. Veel stofwisselingsziekten vertonen daarom een ophoping van bepaalde metabolieten. Bij andere ziekten worden zelfs geen belangrijke metabolieten gevormd. In beide gevallen wordt de ketting van complexe reacties onderbroken en vinden sommige vitale reacties niet meer plaats.
Bij zogenaamde stapelingsziekten hopen bepaalde stoffen of metabolieten zich meer en meer op in de cellen of buiten de cellen. Dit leidt vaak tot aanzienlijke orgaanschade. In het geval van gifstoffen en geneesmiddelen moet het metabolisme in het algemeen leiden tot de afbraak van de stoffen en hun effect verzwakken. Er zijn echter ook gevallen waarin de stofwisselingsprocessen relatief onschadelijke grondstoffen omzetten in actieve metabolieten, die pas in dit stadium hun toxische werking ontwikkelen. De stofwisselingsprocessen voor lichaamsvreemde stoffen zijn niet specifiek en volgen daarom altijd alleen een schema. Daarom kan het soms gebeuren dat het metabolismeproces van deze specifieke stoffen het echte probleem is.
