BASÅRET KEMI B BIOKEMI VT METABOLISM (sid )

Transkript

1 BASÅRET KEMI B BIOKEMI METABOLISM (sid )

2 Glukos har en central roll i metabolismen ett universalt bränsle för många olika organismer Protein Många vävnader är nästan helt beroende av glukos ex hjärnan och nervsystemet, fostervävnad och röda blodkroppar mfl Kolhydrater Fett Hjärnan behöver 120 g glukos per dag. Glykoneogenesen - syntes av glukos

3 METABOLISM AV TRE GRUPPER AV MOLEKYLER kolhydrater! lipider! proteiner! glukos! Fettsyror! glycerol! aminosyror! 1. Kolhydratmetabolism 2. Lipidmetabolism 3. Aminosyrametabolism acetyl-coa! katabolism - oxidation av kolatomer - exergona processer - frigör energi - nedbrytning 8 e -! citron! syra! cykeln! ATP! 2 CO 2! O 2! H 2 O! andningskedjan!

4 steg 1 Makromolekylerna spjälkas till sina byggstenar, som sedan kan kolhydrater lipider proteiner glukos fettsyror, glycerol aminosyror användas för att bygga upp cellegna proteiner, lagra glukos, som glykogen, lagra fettsyror som neutrallipider etc. etc. Om organismen behöver energi kommer byggstenarna att brytas ned och totaloxideras till koldioxid och vatten.

5 steg 2 glukos fettsyra (16 kol) aminosyra 2 acetylcoa 2 CO 2 2 ATP 4 NADH 8 acetylcoa 7 FADH 2 7 NADH urinämne o. NADH acetylcoa och/eller diverse andra molekyler Inte mycket ATP!!!!

6 steg 3 - citronsyracykeln acetylcoa 2 CO 2 3 NADH 1 FADH 2 1 ATP (GTP) alla kol har oxiderats, men fortfarande lite ATP!!!!

7 steg 3 - andningskedjan För att processerna ska kunna fortsätta måste alla de reducerade kofaktorerna återoxideras!!!! NADH + H + + 1/2 O 2 FADH 2 + 1/2 O 2 NAD + + H 2 O FAD + H 2 O ATP????

8 GLYKOLYSEN - nedbrytning av glukos sker i cytosolen (cytoplasman) glukos + 2 ADP + Pi + 2 NAD + 2 pyruvat + 2 ATP + 2 NADH Glukos omvandlas till pyruvat i 10 enzymkatalyserade reaktioner.

9 GLYKOLYSEN - i detalj Glykolysen kan indelas i två faser 1 1. Glukos omvandlas till fruktos-1,6-bisfosfat.

10 2. Trioserna omvandlas till pyruvat. Fruktos-1,6-bisfosfat spjälkas till två trioser, glyceraldehyd och dihydroxiacetonfosfat 2 Glykolysen är enda energikälla i tex röda Blodkroppar. Syntes av glukos är omvänd, utom i tre steg. Netto 2 ATP per glukos

11 Vad händer med pyruvat? beror på celltyp och förhållande God tillgång på O2 i cellen - koldioxid och vatten i mitokondrierna O2 brist i cellen - bildas laktat (mjölksyrans salt) ex muskelceller, röda blodkroppar, ost och yoghurt I jästceller som växer utan O2 - bildas etanol och koldioxid Ex. bak, brygga öl och göra vin

12 ENERGIMETABOLISM I MITOKONDRIER I mitokondrien sker CITRONSYRACYKELN ANDNINGSKEDJAN β-oxidationen som spelar en avgörande roll i cellens energimetabolism.

13 MITOKONDRIEN A B M IM OM = yttermembran IM = innermembran IMS = intermembranrum C = cristae membranflikar M = matrix C C IMS OM Ju mer energikrävande funktion, desto fler mitokondrier finns det i cellen och desto fler flikar. En levercell har ca 1000 mitokondrier I innermembranet sitter andningskedjans komponenter och matrix innehåller de enzymer, som behövs för citronsyracykeln och β-oxidationen O IM

14 Kopplingen mellan glykolysen och citronsyracykeln Vid god tillgång på O 2 i cellen 3 enzymer 5 kofaktorer 5 steg blir pyruvat acetyl-coenzyma i mitokondrien (matrix) Två andra sätt att bilda acetyl-coa är genom β-oxidationen och när aminosyror bryts ned.

15 CITRONSYRACYKELN (TCA-cykeln, Krebs-cykel) Glykolysen Acetyl-grupp Sker i mitokondriens matrix Substrat: acetyl-coa Alla föreningar, som deltar är dikarboxylsyror alla enzymer utom ett enzym finns i matrix I cykeln bildas: 3 NADH 1 FADH 2 1 ATP(GTP) 2 Co 2 avges

16 Citronsyra - viktig för industrin läsk - syrlig och fruktig smak antioxidant - bevara smaken på maten mer lysande färg Växter utsöndrar citrat till jorden, som binder metalljoner. Utsöndringen av citrat förhindrar växter att ta upp tex. aluminium.

17 ANDNINGSKEDJAN Består av 2 delar: - Elektrontransportkedjan - Oxidativa fosforyleringen

18 En koppling mellan citronsyracykeln och andningskedjan Andningskedja är en serie redoxreaktioner. Där komplex I, III och IV är sk. kopplingsställen En koppling mellan elektrontransport och ATP NADH FADH 2

19 Andningskedjan består av 4 proteinkomplex: som innehåller kofaktorer, som kan oxideras/reduceras Elektrontransport oxidativ fosforylering e- e- ATP oxidation reduktion oxidation - alla proteinkomplexen sitter i mitokondriens innermembranet. - en så kallad protongradient bildas över membranet när NADH och FADH 2 oxideras av syre. CYANID - ett klassiskt gift, som påverkar andningskedjan, binder till hemgruppen i komplex IV.

20 Elektrontransport Elektronerna förs genom andningskedjan spontant och det frigörs energi, som ger ATP /FAD II II /FADH 2 Elektronbärarna kopplar ihop glykolysen och citronsyracykeln med den oxidativa fosforyleringen. Bundna till enzymerna finns prostetiska grupper

21 HUR och VARFÖR? Samtidigt som andningskedjan transporterar elektroner, så pumpar komplex I, III & IV ut protoner från matrix. - skillnader i elektrodpotential mellan de olika komponenterna i andningskedjan kommer energi att avges vid de olika komplexen, dessa är sk kopplingsställen - energin används för att flytta protoner över det mitokondriella innermembranet - för att bygga upp en protongradient som kan användas för syntetisering av ATP från ADP.

22 OXIDATIV FOSFORYLERING Proton gradienten, som bildas över innermembranet utnyttjas för bildning av ATP elektrontransport - protongradient - ATP syntes = KEMIOSMOTISKA TEORIN Energin bevaras i pmf, som sedan utnyttjas för ATP syntes i ATP syntas, alias komplex V. pmf = proton-motive force

23 ATP syntas alias komplex V När protoner vandrar genom membrandelen, får den ATP syntasen att rotera. Rotationen får β-subenheten, där det aktiva centrumet sitter, att ändra struktur, vilket i sin tur leder till syntes av ATP. Gradient ger rotation, som ger ATP ADP + P + Energi ATP jmfr med en kvarn vid ett vattenfall - vi har här en molekylär motor!!!

24 BRUNT FETT - ETT VÄRMEELEMENT Björnen lagrar kroppsfett för att klara vintervilan, kroppsfett är deras enda bränsle och de sänker kroppstemperaturen till C

25 NEDBRYTNING AV LIPIDER OCH AMINOSYROR

26 LIPIDMETABOLISMEN FETTSYRORNA TRANSPORTERAS TILL MITOKONDRIEN neutral-lipid/ fett FETTCELL hydrolys 3 st + MUSKELCELL glycerol fettsyra

27 VAD HÄNDER MED FETTSYRORNA I MITOKONDRIEN? I mitokondrierna bryts fettsyrorna ner via β-oxidation, en cyklisk process. CoA = coenzym A Palmitinsyra med 16 kolatomer ger 8 acetyl-coa Acetyl-CoA 1 acetyl-coa / 2 kolatomer Citronsyracykeln Biosyntes av fettsyrorna sker i cytosolen, i princip omvänd, men katalyseras av andra enzymer.

28 AMINOSYRAMETABOLISM NH 3 +! Gly! Leu! Val! Pro! Gly! Phe! Cys! COOH! Proteiner är uppbyggda av aminosyror sammanlänkade av peptidbindingar. Hydrolys av peptidbindningarna katalyseras av enzymer i magen och tarmen ex kymotrypsin. Aminosyrorna tas upp i tarmen till blodet för nedbrytning eller syntes av nya proteiner.

29 KATABOLISM Nedbrytning av aminosyror kan delas in i två steg: - aminogruppen omvandlas i levern till urinämne, som utsöndras med urinet - resterande delen av aminosyran oxideras i citronsyracykeln (mitokondrien) ANABOLISM Vissa aminosyror är essentiella/livsnödvändiga N = blå O = röd Arg His Iso Leu Lys Met Phe Thr Trp Val

30 SAMMANFATTNING Katabolismen Alla vägar bär till citronsyracykeln Syntes av ATP är cellens energivaluta, som driver anabolismen. När glukos omvandlas till CO 2 och H 2 O bildas 38 mol ATP per mol glukos. Fettsyror ger ca 2.4 gånger mer ATP än glukos. Fett är ett superbränsle!!! Kontrolleras genom fosfofruktokinas i glykolysen

31 Fotosyntesen

32 ENERGIMETABOLISM I KLOROPLASTER FOTOSYNTESEN - VÄRLDENS VIKTIGASTE REAKTION CO 2 + H 2 O O 2 + (CH 2 O) n - fotosyntesen sker i de fotosyntetiserande organismerna - det finns både prokaryota t ex cyanobakterier och eukaryota organismer, som har förmåga att ta upp ljusenergi och omvandla den till kemisk bunden energi i t ex kolhydrater

33 ENERGIFLÖDET I BIOSFÄREN De fotosyntetiserade organismerna är förutsättning för liv på jorden Icke-fotosyntiserande organismer

34 KLOROFYLL Alla fotosyntetiserande organismerna innehåller en speciell ljusmolekyl. Light-harvesting komplex eller antenna molekyl, 36 klorofyller Synligt ljus nm Klorofyll a Ljusmolekylen tar upp den ljusenergi, som driver fotosyntesen

35 KLOROPLASTER Ljusfas - i tylakoidmembranet Lumen Mörkerfas - stroma Stroma I tylakoiderna finns enzymer och komponenter, som behövs för fotosyntesens ljusfas. Cyanobakterier Här tas ljusenergin upp och driver bildningen av ATP, NADPH och syre.

36 FOTOSYNTES - ÄR OMVÄNDNING AV ANDNINGSKEDJAN - elektrontransport - protongradient - ATP syntes

37 Fotofosforyleringen sker under ljusfasen (ATP bildas) ljus - elektrontransport - protongradient - ATPsyntes

38 Ljus- och mörkerfas Ljusfas - direkt ljusberoende Mörkerfas - behöver ej ske i mörker

39 RUBISCO - Världens vanligaste enzym Rubisco katalyserar den reaktion, som gör att ljusenergi kan föras vidare till alla livsformer på jorden. Rubisco har en molekylvikt på Da och består av; 8 stora subunits, 8 små subunits substratet: ribulos-1,5-bisfosfat

40 ATP bildas på tre sätt i celler 1. Substratnivå fosforylering - t ex i glykolysen 2. Fotofosforylering - under fotosyntesen 3. Oxidativ fosforylering - t ex i andningskedjan

41 TACK!!! Lycka till med tentan!