Översikt metabolismen

Transkript

1 Översikt metabolismen Glykolysen Glukoneogenesen Citronsyracykeln Andningskedjan Lipidmetabolism I Lipidmetabolism II

2 ATP adenosintrifosfat Cellens främsta energivaluta GTP Guanosintrifosfat Energirika bindningar Energin som frigörs vid hydrolys kan användas för: - Att driva energikrävande synteser -Rörelse - Transport av ämnen - Överföring av nervimpulser em/mbweb/mb1/part2/signals.htm

3 Glykogen Cellen kan inte lagra ATP för energi! Lipider Hydrolys av ATP G = kj/mol Transport Reaktioner Rörelse Nervimpulser P i = fosfatgrupp = HPO 4 2-

4 Viktiga metaboliter för oxidation och reduktion R = H; NAD + -Nikotinamid adenin dinukleotid(som härstammar från niacin (ett B-vitamin)) R = PO 3 2- ; NADP + -Nikotinamid adenin dinukleotidfosfat Etanol Keton FAD flavin adenin dinukleotid Viktiga oxidationsmedel Viktiga reduktionsmedel Alkan Alken

5 Glykolysen sker i cytoplasman Stärkelse (en glykospolymer) från mat Hög halt glukos i blodet Insulinproduktion från bukspottskörteln Glukos kan transporteras genom cellmembranet Glykos fosforylerasoch blir kvar i cellen Pyruvat

6 Glykolysen - Översikt Stadie1 kräver energi 2 ATP Stadie2 ger energi + 4 ATP

7 Glykolysen Stadie 1 Fosforylering av glukos Reaktionen kräver ATP Syfte: Fosforylerat glykos kan inte lämna cellen Fosforyleratglykos är mer reaktivt Reaktionen katalyseras av enzymet Hexokinas

8 Kinaser - en grupp enzymer som katalyserar överföring av en fosfatgrupp från ATP till en acceptor Hexokinas Katalyserat överföring av en fosfatgrupp till kolföreningar med 6 kolatomer (hexoses) När glukos binder ändrar enzymet konformation Exempel på INDUCED FIT vilket innebär att det sker en konformationsförändring hos enzymet när det binder till glykosmolekylen vilket leder till bättre passning mellan enzymet och glukos

9 Glykolysen Stadie 1 Isomerisering av Glukos fosfat Konvertering av en aldos till en ketos Reaktionen katalyseras av enzymet Fosfoglukos isomeras

10 Glykolysen Stadie 1 Fosforylering av Fruktos fosfat Reaktionen katalyseras av enzymet Fosfofruktokinas Reaktionen kräver ATP Viktigt enzym som styr glykolysens hastighet!

11 Glykolysen Stadie 1 Klyvning av Fruktos 1,6-bisfosfat Reaktionen katalyseras av enzymet Aldolassom fått sitt namn från den reversibla reaktionen aldol-kondensation

12 Jämvikt mellan Dihydroxyacetonfosfat och Glyceraldehyd 3 - fosfat Fruktos 1,6-bisfosfat Jämvikten förskjuts åt höger Endast Glyceraldehyd 3 fosfat kan brytas ner till Pyruvat

13 Glykolysen - Översikt Stadie1 kräver energi 2 ATP Stadie2 ger energi + 4 ATP Netto fås + 2 ATP

14 Glykolysen Stadie 2 Oxidering av Glyceraldehyd 3-fosfat till 1,3- bisfosfoglyserat En fosfatgrupp kopplas på i reaktionen NAD + används som oxidationsmedel och reduceras till NADH

15 Glykolysen Stadie 2 Fosforylering av ADP 1,3-bisfosfoglycerat är mer reaktiv än ATP Reaktionen katalyseras av enzymet Fosfoglyceratkinas I reaktionen sker en sksubstratnivåfosforyleringav ADP varvid ATP bildas.

16 Glykolysen Stadie 2 Generering av Pyruvat Omlagring Vad händer med Pyruvat? Dehydrering Substratnivåfosforylering Nettoreaktion glykolysen: Glukos + 2 P i + 2 ADP + 2 NAD + 2 Pyruvat+ 2 ATP + 2NADH + 2 H + + 2H 2 O

17 Glykolysen Vad händer med Pyruvat I glykolysen förbrukas NAD + NAD + och måste regenereras för att glykolysen och skall kunna fortsätta 1 2 3

18 Glykolysen Vad händer med Pyruvat 1 Omvandling av pyruvat till etanol I jäst och andra mikroorganismer Dekarboxylering Reducering och regenerering av NAD + Omvandlingen av glukos till etanol är ett exempel på alkoholfermentering Glukos + 2 P i + 2 ADP + 2H + 2 etanol + 2CO ATP + 2H 2 0 Ger en nettoenergivinst på 2 ATP viktig reaktion vid jäsning då CO 2 bildas

19 Glykolysen Vad händer med Pyruvat 2 Omvandling av pyruvat till laktat Reducering och regenerering av NAD + Mjölksyra Omvandlingen av glukos till laktat är ett exempel på mjölksyrafermentering Glukos + 2 P i + 2 ADP 2 laktat+ 2 ATP + 2H 2 O Ger en nettoenergivinst på 2 ATP

20 Glykolysen Vad händer med Pyruvat 3 Omvandling av pyruvat till Acetyl-CoA CoA(Koenzym A) Pyruvat Citronsyracykeln Elektrontransportkedjan O 2 reduceras H 2 O ATP Syre åtgår för produktion av ATP -AEROBT

21 Mjölksyrafermentering i muskler A: Vid hårt muskelarbete blir det brist på O 2 -NAD + regenereras via mjölksyrafermentering ANAEROBT-mjölksyra (lactate) ansamlas i musklerna vilket orsakar smärta Mjölksyran transporteras till levern där den omvandlas till pyruvat. Levern Pyruvat B: Vid normalt muskelarbete finns det tillräckligt med syre -NAD + regenereras via citronsyracykeln och andningskedjan AEROBT Denna väg ger betydligt mer energi!

22 Glykolysen Vad händer med Pyruvat Sammanfattning Jäst och mikroorganismer Anaerob Vid god tillgång på syre Aerob I muskelceller vid brist på syre Anaerob Vid anaerob nedbrytning av pyruvat frigörs bara lite energi Återkommer vid senare FÖ Vid aerob nedbrytning frigörs betydligt mer energi via citroncyracykeln och andningskedjan

23 Glykolysen kontroll Glykolysen Energi (ATP) Byggstenar för syntes Mängden enzymer och deras aktivitet beror på behovet av glykolysen Enzymer som till största delen katalyserar en reaktion irreversibelt utgör kontrollpunkter Dessa är: Hexokinas Fosfofruktokinas Pyruvatkinas

24 Glykolysen kontroll Enzymet fosfofruktokinas regleras av ATP viktigaste kontrollen av glykolysen Hög halt ATP binder till enzymet och vilket minskar enzymets affinitet för fruktos 6-fosfat Reaktionen går långsammare vid hög halt ATP jämfört med låg halt ATP Hög halt AMP aktiverar enzymet Hög halt AMP visar på att det är stor brist på ATP ADP + ADP ATP + AMP

25 Glykolysen kontroll Hexokinas Inhiberas av: Hög halt glukos 6-fosfat Halten glukos 6-fosfat ökar då fosfofruktokinas inhiberas hexokinas inhiberas Pyruvatkinas Inhiberas av: ATP Alanin(aminosyra som kan bildas från Pyruvat) Aktiveras av: Fruktos 1,6-bisfosfat

26 Glykolysen kontroll - summering

27 Glykolysen vs Glukoneogenesen Glykolysen Katabolisk reaktion Oxidation Glukoneogenesen Anabolisk reaktion Reduktion Ne oreak on: Glukos 2 Pyruvat Glukos + 2 P i + 2 ADP + 2 NAD + 2 Pyruvat+ 2 ATP + 2 NADH + 2 H + + 2H 2 O Nettoreaktion: 2 Pyruvat Glukos 2 Pyruvat+ 4 ATP + 2 GTP + 2 NADH + 6H 2 O Glukos + 6 P i + 4 ADP + 2 GDP + 2 NAD + + 2H ATP -4 ATP -2 GTP

28 Glukoneogenesen Sker i levern och till viss del i njurarna Syntes av glukos främst för att förse hjärnan med socker även intaget är lågt! Skiljer sig från glykolysen med tre viktiga steg vilket gör att glukoneogenesen kan kontrolleras separat från glykolysen

29 Glukoneogenesen Ingångsämnen: Laktat (från mjölksyrafermentering) Pyruvat Aminosyror (från proteiner) Pyruvat + Oxaloacetat Glycerol (från fettnedbrytning) Dihydroxyacetonfosfat Fosforylering Oxidering

30 Steg som skiljer Glykolysen från Glukoneogenesen Pyruvat Fosfoenolpyruvat via Oxaloacetat- sker i två steg Steg 1 Pyruvatkarboxylas Denna reaktionen sker i mitokondrien Det går åt energi!

31 Steg som skiljer Glykolysen från Glukoneogenesen Steg 2 Pyruvat Fosfoenolpyruvat via Oxaloacetat Fosfoenolpyruvatkarboxykinas Denna reaktionen sker i cytoplasman Det går åt energi!

32 Steg som skiljer Glykolysen från Glukoneogenesen Fruktos 1,6-bisfosfate + H 2 O Fruktos 6-fosfat + P i Fruktos 1,6-bisfosfatas Fruktos 6-fosfat kan snabbt konverteras till glukos 6-fosfat

33 Steg som skiljer Glykolysen från Glukoneogenesen Glukos 6-fosfat + H 2 O Glukos + P i Glukos 6-fosfatas Generering av fritt glukos är en viktig kontrollpunkt I de flesta celler stannar glukoneogenesen vid glukos 6-fostat Glukos 6-fosfat kan inte transporteras ut ur cellen Glukos 6-fosfatas finns bara i levern och till viss del i njurarna vävnader som kontrollerar blodsockerhalten

34 Reglering av Glykolysen och Glukoneogenesen Viktigt med strikt kontroll så glykolysen och glukoneogenesen inte sker samtidigt. Främsta kontrollkriteriet: Energistatus -Signal att mycket metabol energi finns ATP Citrat (en metabolit i citroncyracykeln) AcetylCoA -Signal om att energinivån är låg: AMP ADP Glukoneogenesen vid llgång på energi o material för syntes Mängder enzym kan även regleras transkriptionellt - för effekter på längre sikt!

35 Glykogen Grenad glukospolymer som fungerar som lagringsform för metabol energi Depåer finns främst i musklerna Finns även i levern för snabb tillgång av energi vid muskelarbete för kontroll av blodsockernivån

36 Nedbrytning av glykogen: Nedbrytning av glykogen 1. Glukosenheterna i glykogen fosforyleras och spjälkas därefter av som glukos-1-fosfat. Enzym: Glykogenfosforylas Glykolysen

37 Bildning av glykogen Enzym: Glykogensyntas

38 Kontroll av nedbrytning och syntes av glykogen Kontroll glykogensyntes/-nedbrytning: Glykogensyntes: Enzym: Glykogensyntas Enzymet inhiberas av: - AMP (låg energinivå) Enzymet aktiveras av: - ATP (hög energinivå) - glukos-6-fosfat (mycket utgångsmaterial) Glykogennedbrytning: Enzym: Glykogenfosforylas Enzymet inhiberas av: - ATP (hög energinivå) - glukos-6-fosfat (mycket produkt finns redan) Enzymet aktiveras av: - AMP (låg energinivå) Om det finns mycket energi i cellen kan denna användas för att bygga glykogen, d v s lagra energin till ett senare tillfälle. Om blodsockernivån är för låg utsöndras hormonet GLUKAGON Aktiverar Glykogenfosforylas glykogen bryts ner höjer blodsockerhalten