Block 1 LÄG022 Metabolism

Entalpi (H) ”värmeinnehållet” → ΔH = Hefter - Hföre

Exoterm reaktion värme avges till omgivning → ΔH < 0

Endoterm reaktion värme upptas från omgivningen → ΔH > 0

Entropi (S) graden oordning. I en spontan reaktion ökar alltid entropin

Gibbs fria energi (G) G = H - TS

ΔG utgör ett mått på förändringar av energi i ett biologiskt system där ett system övergår från ett tillstånd till ett annat. Visar om en reaktion kan ske spontant eller ej

ΔG < 0 reaktionen sker spontant

ΔG > 0 reaktionen kan inte ske spontant

Exergon process ΔG < 0, dvs den fria energin minskar i systemet (systemet avger energi) → processen kan ske spontant. OBS: förväxla ej med exoterm reaktion

Exergon process ex förbränning av glukos; C6H12O6 + 6O2 → 6CO2 + 6H2O. Andra exempel är β-oxidation av fettsyror och hydrolys av ATP

Endergon process ΔG > 0, dvs den fria energin ökar i systemet (energi tas upp av systemet) → processen kan inte ske spontant. OBS: förväxla ej med endoterm reaktion

Endergon process ex syntes av ATP, syntes av glukos och syntes av proteiner

Jämviktskonstanten (Keq) konstant som beskriver förhållandet mellan produkter & reaktanter i en kemisk jämviktsreaktion. Beskrivs utifrån koncentrationerna vid jämvikt.

Om K > 1 → ΔG0 < 0

Om K = 1 → ΔG0 = 0

Om K < 1 → ΔG0 > 0

ΔG0 förändring av Gibbs fria energi i en reaktion där standardförhållanden råder → startkoncentrationen för alla reagerande ämnen & produkter är 1 mol/L (är en hög koncentration)

förhållande mellan ΔG0 och Keq ΔG0 = -RT lnKeq, R = allmänna gaskonstanten (8.315 x 10-3 kJ/T mol) T = temperatur i Kelvin

ΔG0’ ΔG0 vid fysiologiska förhållanden → måste ta hänsyn till koncentration av vätejoner

K’eq jämviktskonstant vid fysiologiska förhållanden

Metabolism ämnesomsättning. Handlar om upptagande, omvandling & avgivande av olika ämnen hos levande organismer

Energiomsättning är en viktig del av metabolismen → enligt termodynamikens lagar behövs energitillförsel för att fungera.

Katabolism nedbrytande processer. Exergona processer dominerar → sker spontant & energi avges som flyttas till energibärare; ATP & NADH. Oxidationer dominerar (elektroner avges)

Anabolism uppbyggande processer. Främst endergona processer → utnyttjar energi från katabola processer för att kunna ske, dvs energi från energibärare används (ATP & NADH) för att ske. Reduktioner dominerar (elektroner tas upp)

Energibärare biomolekyl som har förmåga att lagra energi i kemiska bindningar → energi lagras mellan fosfatgrupper & resten av molekylen. Vid hydrolys av fosfatgrupp → energi frigörs.

Kreatinfosfat finns i skelettmuskler, kan bidra till ATP-syntes under de första sekunderna som muskeln arbetar. Kan bidra till ATP-syntes innan ATP från glykolysen hunnit fås

ATP adenosintrifosfat kroppens viktigaste energibärare. kvävebasen adenin, en ribos-rest & tre fosfatgrupper. Trifosfatgrupp bär på 3 negativa laddningar; repellerande krafter → instabil struktur, molekylen benägen att gå sönder->avge energi.

Elektronbärare biomolekyl som har förmåga att transportera elektroner som förloras vid oxidationer (katabola processer) från en biomolekyl till en annan

Elektronbärare tar upp en elektron reduceras den → reducerad form, betraktas som en högenergi-molekyl

Elektronbärare avger en elektron oxideras den → oxiderad form

Elektronbärare: NAD = nikotinamid-adenin-dinukleotid är en elektronbärare som har förmåga att ta upp 2 elektroner & 1 proton. 2 protoner följer med elektroner pga plusladdning på kväve, men endast en kan binda in & den andra stannar i omgivningen

Elektronbärare: NAD+ = oxiderad form fungerar som en elektronacceptor (oxidationsmedel) → förmågan att få en annan molekyl att oxideras genom dra till sig elektroner. NAD+ fungerar som en kofaktor till oxiderade enzymer

Elektronbärare: NADH = reducerad form fungerar istället som en kofaktor till reduktaser, vilket är enzym som katalyserar reduktioner

FAD = flavin-adenin-dinukleotid är en elektronbärare som fungerar som NAD. Har förmåga att ta upp 2 elektroner & 2 protoner

FAD oxiderad form, fungerar som ett oxidationsmedel

FADH2 reducerad form, fungerar som ett reduktionsmedel

FAM = flavin-mononukleotid är en elektronbärare som liknar FAD men uppträder som en mononukleotid. Dock är den kemiska processen samma som för FAD pga har samma aktiva del (flavin-nukleotid).

Koenzym Q elektronbärare som ta upp 2 elektroner & 2 protoner → viktigaste funktion är att transportera elektroner mellan olika komplex i andningskedjan. hydrofob

Ubikinon oxiderad form Koenzym Q

Ubiquionol reducerad form Koenzym Q

Karboxylsyrabärare molekyl som har förmågan att binda till & aktivera karboxylsyror

Koenzym A (CoA) kroppens viktigaste karboxylsyrabärare. Är en organisk molekyl som består av flera delar, viktigaste delen är HS-gruppen längst ut som kan reagera med karboxylgrupp i en karboxylsyra

Acyl-CoA CoA som binder till en karboxylsyra, är den aktiverade formen av CoA. Är ett samlingsnamn som gäller olika strukturer

Acetyl-CoA acyl-CoA där R är en metylgrupp. Bildas i den nedbrytande metabolismen → går till citronsyracykeln

energisubstrat Ju mer reducerad energisubstratet är, desto mer energi kan kroppen utvinna från det genom oxidation (förbränning)

energisubstrat: Fettsyror När kroppen behöver energi bryts triglycerider ned till fettsyror → bryts ned i β-oxidationen → acetyl-CoA bildas som går till citronsyracykeln → CO2 bildas

energisubstrat: Glukos används i den anaeroba glykolysen samt är det primära energisubstratet i hjärnan.

Reglering av metabolism : Alloster reglering allostera effektorer binder in icke-kovalent till styrande enzymer → reglerar deras aktivitet. Snabbt

Reglering av metabolism : Hormonell reglering Leder till kovalent modifikation av enzymer i cellen (t.ex. fosforylering eller defosforylering).

Reglering av metabolism : Compartments t.ex. cytosol utgör ett compartment där de flesta synteser sker & mitokondrien utgör ett annat compartment där den aeroba energiproduktionen sker. Transport av ämnen från ett compartment till ett annat kan regleras.

Glykolysintermediärer molekyler som skapas i något av glykolysens steg, är viktiga precursorer för andra biomolekyler

Glukostransportör transportprotein i plasmamembran där glukos kan gå in eller ut från cellen. Transporterar glukos med dess koncentrationsgradient (facilliterad diffusion)

Glukostransportör: GLUT-1 uttrycks i de flesta celler inklusive erytrocyter

Glukostransportör: GLUT-2 uttrycks i lever, β-celler i pancreas, tunntarmen & njurarna. Har kapacitet för att transportera mycket glukos, är viktigt pga finns mycket glukos i dessa vävnader/organ

Glukostransportör: GLUT-3 uttrycks i neuron & placenta

Glukostransportör: GLUT-4 i adipocyter & skelettmuskulatur. insulin-beroende. finns i vesiklar inne i cellen, insulin-stimulering → GLUT-4 transporteras till plasmamembranet → glukos absorberas

Glykolysens faser: Fas 1 energiinvesterings-fas, använder ATP för att fosforylera glukos

Glykolysens faser: Fas 2 energiutvinnings-fas, ATP genereras

Pyruvat metabolisering: Alkoholfermentering fermentering som kan ske i jästceller. Pyruvat omvandlas till etanol, dessutom genereras CO2, NAD+ & ATP

Pyruvat metabolisering: Laktatfermentering Pyruvat oxideras till laktat (som bl.a. kan transporteras till levern och omvandlas till glukos i processen glukoneogenes) & NAD+ återbildas.

Pyruvat metabolisering: Andningskedjan Huvudsaklig generering av ATP från glukos sker i en aerob process i andningskedjan → stora mängder NAD+ återbildas.

Kofaktor organisk eller oorganisk (t.ex. metalljon) molekyl som binder in till ett enzym och bidrar till dess katalytiska förmåga

Koenzym organisk kofaktor, är ofta vitaminer eller derivat av vitaminer

Prostetisk grupp koenzym som binder in hårt (ibland kovalent) & mer eller mindre permanent till dess enzym

E1: TPP + pyruvat hydroxyletyl-TPP + CO2

E2: CoA + acetyllipoamid acetyl-CoA + dihydrolipoamid

E3: dihydrolipoamid + 2e- + 2FAD --> dihydrolipoamid + 2FADH2 2e- + 2NAD+ --> 2NADH + liponsyra

Allostera modulatorer. Acetyl-CoA & NADH fungerar som en allostera inhibitorer till E2 resp. E3.

Reversibel fosforylering. PDK (pyruvatdehydrogenaskinas) och PDP (pyruvatdehydrogenasfosfatas) fosforylerar resp. defosforylerar E1 (pyruvatdehydrogenas) i PDH.

PDK stimuleras vid hög energistatus. ATP, NADH & acetyl-CoA aktiverar PDK → fosforylering av PDH → PDH & därmed CAC inhiberas

PDK inhiberas vid låg energistatus. ADP & pyruvat inhiberar PDK → PDH kan aktiveras & CAC kan ske

PDP stimuleras vid låg energistatus i muskelceller. Vid kontraktion frisätts Ca2+ → Ca2+ aktiverar/stimulerar PDP → defosforylering av PDH → PDH & därmed CAC aktiveras

PDH regleras hormonellt i vissa vävnader: 1 Lever: adrenalin-stimulering leder indirekt till ökad Ca2+-frisättning → PDP aktiveras.

PDH regleras hormonellt i vissa vävnader: 2 Lever & fettceller: insulin aktiverar PDP → defosforylering (aktivering) av PDH → mer acetyl-CoA bildas som i detta fall kan användas för fettsyrasyntes.

Isocitratdehydrogenas ATP & NADH fungerar som allostera inhibitorer till enzymet

Isocitratdehydrogenas ADP fungerar som en alloster aktivator, dvs vid låg energistatus stimuleras CAC

⍺-ketoglutarat-dehydrogenas-komplexet ATP & NADH fungerar återigen som allostera inhibitorer. & negativ återkoppling av succinyl CoA

Anaplerotisk reaktion påfyllnadsreaktion, reaktioner som hela tiden tillför nya kolatomer i form av intermediärer till CAC & därmed hindrar den från att avstanna

viktig anaplerotisk reaktion 1 omvandling av pyruvat till oxaloacetat. Reaktionen katalyseras av enzymet pyruvat karboxylas.

viktig anaplerotisk reaktion 2 glutamin som kan omvandlas till glutamat & sedan till ⍺-ketoglutarat

Pyruvatdehydrogenasbrist mutation i PDHA1-genen som kodar för E1’s ⍺-subenhet → mindre effektiv omvandling från glukos till acetyl-CoA för fortsatt ATP-produktion

Pyruvatdehydrogenasbrist effekt energibrist i hjärnan. Primärt symptom från CNS i form av inlärningssvårigheter, utvecklingsstörning & motoriska funktionsnedsättningar

Berberi orsakas av vitamin B1-brist (vitamin B1 = tiamin). Vitamin B1 är prekursorn till TPP (tiaminpyrofosfat) som är en prostetisk grupp till bl.a. E1 (pyruvatdehydrogenas)

Berberi effekt Hos dessa patienter kan ökade nivåer av pyruvat, ⍺-ketoglutarat & laktat ses i blodet. Symptom är främst neurologiska → bl.a. känselbortfall i händer/fötter

Aresenit- & kvicksilverförgiftning patient har på något sätt fått i sig arsenik eller kvicksilver → binder in till dihydrolipoyl-gruppen i PDH som då inhiberas

andningskedjan 1 skapas en elektrokemisk gradient/proton-gradient

andningskedjan 2 alla elektroner som utvunnits i andra metabola vägar används för att pumpa vätejoner in mellan mitokondriens inre & yttre membran och slutligen syntetisera maximal mängd ATP

andningskedjan 3 ca 30-32 ATP bildas Elektroner utvinns i glykolysen, pyruvat-oxidation (då pyruvat omvandlas till acetyl-CoA) och citronsyracykeln

citronsyracykeln transporteras på elektronbärare (bl.a. NADH & FADH2) till andningskedjan där de alltså används för ATP-syntes

Andningskedjan del 1 Elektrontransportkedjan → protongradient byggs upp med hjälp av pumpar i mitokondriens inre membran

Andningskedjan del 2 Oxidativ fosforylering → ATP-syntes med hjälp av återoxidation av elektronbärare

Oxidativ fosforylering 1 processen där ATP syntetiseras m.h.a. återoxidation av elektronbärare, och utgör det sista steget i andningskedjan.

Oxidativ fosforylering 2 Elektronerna som avges från elektronbärare hamnar till slut på molekylärt O2, som sedan reduceras till H2O.

Oxidativ fosforylering 3 Är en exergon process som ger cellen energi → används för att fosforylera ADP till ATP

Redoxpar substans som kan existera i både en oxiderad & reducerad form. Varje redoxpar kan tillskrivs en viss redoxpotential

Redoxpotential (E0) 1 mått på en substans affinitet för elektroner → beskriver ett ämnes förmåga att binda elektroner. Mäts genom att titta på elektronflöde mellan det undersökta ämnet & standardämnet väte:

Redoxpotential (E0) 2 Molekyl som kan donera elektroner till väte har negativ E0. Ju lägre E0, desto bättre förmåga att avge elektroner

Redoxpotential (E0) 3 Molekyl som kan ta upp elektroner från väte har positiv E0. Ju högre E0, desto bättre förmåga att dra till sig & binda elektroner

elektrontransportkedjan elektroner att förflyttas mellan komponenter/molekyler som har stigande redoxpotential → går sist till molekylärt O2 som har högst E0

O2 styr elektrontransportkedjan! Vid avsaknad av O2 → elektrontransportkedjan avstannar

elektrisk ström elektroner hoppar mellan olika komponenter kan man säga att det bildas en elektrisk ström i elektrontransportkedjan. Elektrisk ström kan ge energi, detsamma gäller i människokroppen

Komplex I (NADH-CoQ-reduktas-komplexet)

Komplex II Succinat-CoQ-reduktas-komplexet

Komplex III CoQH2-cytokrom c-reduktas-komplexet

Komplex IV Cytokrom c-oxidas-komplexet

Cytokromer färgade proteiner, innehåller järn i form av heme-grupper (som i hemoglobin). Cytokromer finns i komplex III & IV

Fe-S = järn-svavel-komplex (1) Är Fe-atomer som är kovalent bundna till S-innehållande aminosyror (t.ex. cystein) i proteiner i komplex I, II & III.

Fe-S = järn-svavel-komplex (2) Järnatomer kan vara reducerade (Fe2+) eller oxiderade (Fe3+) → kan alltså ta upp & avge elektroner och bidrar på så sätt till transport av elektroner längs andningskedjan

Q-cykeln förklarar hur proton-gradienten kan uppstå, Innebär att en protongradient på totalt 6 H+ bildas vid transport av 2 e- till cytokrom c

Q-cykeln lösning på problem cyt c ska transportera e- från komplx III till IV har bara kapacitet för 1 e- men när QH2 oxideras av koplx III så avges 2e-

Q pool ansamling av Quinoner i olika tillstånd i membranet

ATP-syntas Nu har vi alltså fått en stor gradient över mitokondriens inre membran → H+ strävar efter att gå tillbaka till matrix för att jämna ut gradienten

ATP-syntas (komplex V) stort protein-komplex i mitokondriens inre membran. Utnyttjar protongradienten för att syntetisera ATP. Har 2 delar viktiga delar

F0 = transmembran del av komplex V en cylinder som har förmåga att rotera. Består av ca 10 s.k. c-subenheter. 2 halvkanaler är kopplade till cylindern → en som leder H+ in & en som leder H+ ut mot matrix

F1 = del av komplex V som sticker ut i matrix (1) syntetiserar ATP m.h.a. rörelseenergin som kommer från rotation av F0. Består av flera subenheter →

F1 = del av komplex V som sticker ut i matrix (2) → �-axeln & ε-stjälken som båda fäster i F0, samt 3 ⍺-subenheter och 3 β-subenheter som är förankrade i mitokondriens inre membran via en b2-subenhet

ATP-syntes 1 • H+ kommer in i maskinen genom första halvkanalen → binder till karboxyl-grupper (kan vara protonerade eller oprotonerade) på aspartat-rester i c-subenheter

ATP-syntes 2 • Inbindning av H+ → karboxyl-grupper blir protonerade & negativ laddning försvinner

ATP-syntes 3 Gör att c-subenheter blir mer hydrofoba → hydrofoba krafter gör att c-subenheter sjunker in i membranet & cylindern roteras

ATP-syntes 4 H+ kan sedan flöda ut genom den andra halvkanalen, som alltså inte är direkt kopplad till den första

ATP-syntes 5 �-axeln & ε-stjälken roterar i samma hastighet som cylindern (pga fäster i den), men ⍺- och βsubenheter roteras inte pga förankras på ett annat sätt i membranet

ATP-syntes 6 Rotationsenergi överförs till β-subenheter & omvandlas till lokala spänningar → rotation av gamma-axeln orsakar konfirmationsändringar i β-subenheter

konfirmationsändringar i β-subenheter: open proteinet har ingen affinitet för nukleotider

konfirmationsändringar i β-subenheter: loose proteinet kan binda ADP & fosfat

konfirmationsändringar i β-subenheter: tight ATP syntetiseras (oxidativ fosforylering) genom att koppla oorganiskt fosfat till ADP.

Transport av ATP ATP-transport är kopplad med ADP-transport → ATP kan endast passera ut från mitokondrien om ADP transporteras in och vice versa (transportprotein är en antiporter)

Amytal läkemedel som används inom psykiatrin, har lugnande egenskaper. Ämnet har också förmåga att påverka andningskedjan → finns en gräns för hur hög dos av läkemedlet man kan få

Komplex IV kan bl.a. inhiberas av organiska joner som cyanidjoner (CN-), kolmonoxid (CO) och azidjoner (N3-).

Oxidant oxidationsmedel, är alltså en substans som har förmåga att oxidera andra molekyler → får andra ämnen att förlora elektroner

Molekylärt syre är en stark oxidant → kan omvandlas till andra farliga oxidanter; t.ex. väteperoxid (H2O2), superoxid (O2-), fria radikaler osv bildas. Måste ha ett system i andningskedjan som bryter ned dessa partiklar

Glutation antioxidant, är ett litet protein som består av 3 aminosyror (tripeptid). Finns i levern & fungerar som ett ”offer-substrat” för fria radikaler.

”Shivering” termogenes kroppstemperatur stiger genom skakningar (ofrivillig rörelse), kemisk energi (ATP) omvandlas till kinetisk energi (muskelkontraktioner) → en del av energin dyker upp som värme

”Non-shivering” termogenes kroppstemperatur stiger m.h.a. biokemiska processer, främst genom frånkoppling av den oxidativa fosforyleringen

”Uncoupler” litet, hydrofobt protein som finns i mitokondriens inre membran i framför allt bruna fettceller. Har förmåga att koppla bort ATP-syntas från andningskedjan → ATP-produktion kan ej ske. Lägesenergi omvandlas istället till värmeenergi

Klicka

Skriv

Lyssna

Spel

Skriv ut