Metabolism och energi Hur utvinner cellen energi från sin omgivning? Hur syntetiserar cellen de byggstenar som bygger upp dess makromolekyler?
Intermediär metabolism Escherichia coli som exempel Fler än 1000 reaktioner ( = fler än tusen olika enzymer) Integrerat nätverk med kopplade och sammanlänkande reaktioner Men: Många gemensamma mönster i olika processer Men : Ett hundratal speciella molekyler har en central roll i många olika processer Men: Endast ganska få olika typer av kemiska reaktioner förekommer
Integrerat nätverk med kopplade och sammanlänkande reaktioner
Glykolysen Glukos - - - - - - ger- - - - - -pyruvat 2 ATP går åt 4 ATP produceras 2 NADH produceras
Intermediär metabolism ett Integrerat nätverk med kopplade och sammanlänkande reaktioner 1. Katabolism: Kolhydrater, fett CO 2 + H 2 O + användbar energi (ex. ATP) 2. Anabolism användbar energi + enkla molekyler komplexa molekyler
Krav på en metabolisk reaktionsväg! 1.Varje enskild reaktion måste vara väldefinierad och ge endast en produkt från sitt substrat 2. De sammantagna reaktionerna i en metabolisk väg måste vara termodynamiskt gynnade = Den fria energin DG för den sammantagna sekvensen av reaktioner måste vara negativ
En termodynamiskt ofördelaktig reaktion kan drivas av en termodynamiskt fördelaktig reaktion om de är kopplade och endast om de är kopplade Konsekvens: I metaboliska reaktionvägar så är de enzymkatalyserade reaktionerna kopplade så att den totala ändringen i fri energi (DG tot ) är negativ.
2 NADH produceras Glykolysen OBS: Samtliga reaktionssteg är kopplade Och I vissa deltar ATP som reaktant Glukos - - - - - - ger- - - - - -pyruvat 2 ATP går åt 4 ATP produceras
Katabolism ger användbar energi (ex. ATP) Kolhydrater, fett CO 2 + H 2 O + användbar energi (ex. ATP) Ljus i fotosyntesen ger användbar energi (ex. ATP) Anabolism nyttjar användbar energi ATP användbar energi + enkla molekyler komplexa molekyler Muskelkontraktion, aktiv transport nyttjar ATP Vad är så speciellt med ATP?
Vad gör ATP till en energirik förening?
Vad gör ATP till en energirik förening? Svar 1: båda hydrolysprodukterna ADP och P i är bättre resonansstabiliserade än ATP
Vad gör ATP till en energirik förening? Svar 2: ATP destabiliseras av elektrostatisk repulsion! 4 laddningar ligger nära varandra. Jfr. ADP och AMP
Vad gör ATP till en energirik förening? Svar 3: Stabilisering pga skillnad i hydratisering. Det binder fler vattenmolekyler effektivt till ADP och P i än till ATP, vilket stabiliserar ADP och P i.
Ger hydrolys av ATP högst fri energi av alla fosforylerade föreningar i cellen? Svar Nej!
Dessa som har högre Fosforyl-överförings-potential än ATP Medför: De kan regenerera ATP genom att donera en fosforylgrupp till ADP
VID HÅRD FYSISK ANSTRÄNGNING!
ATP bär energi men från vad genereras den in syreberoende organismer? Svar: genom oxidation av reducerade kolförenimngar med syre och med koldioxid som slutprodukt. Konsekvens: de mest reducerade kolväten ger mest fri energi vid oxidation
ENERGI från föda extraheras i 3 stadier. 1. Hydrolys av makromolekyler Medför ingen direkt energiproduktion 2. Småmolekylerna transformeras I kopplade reaktioner till ett fåtal slutprodukter ( huvudsakligen AcetylCoA En liten mängd ATP genereras. 3. AcetylCoA oxideras I citronsyracykeln och frigjorda elektroner används i den oxidativa fosforyleringen för att generera en protongradient över ett membran. Detta följs av ATP syntes via ett protontransportberoende ATPsyntas
Oxidativ fosforylering
Oxidativ fosforylering
Oxidativ fosforylering ATP-syntas Protontransport över membran Medför ATP-syntes genom mekanisk koppling Rotation medför Strukturförändring
Oxidativ fosforylering Protontransport leder till rotation Som kopplas till strukturförändring Se nästa bild
ATP-syntes genom lokal miljöförändring
Fotosyntes
Fotosyntes
Fotosyntes
Användning/konsumtion av energi: Några exempel 1. DNA-Syntes 2. Proteinsyntes
DNA-syntes
Proteinsyntes
Aminosyra + ATP >>>>>> + pyrofosfat (PPi) + trna >>>>>
Proteinsyntes kostar energi (ATP) då varje aminosyra binds till trna. Dessutom åtgår energi i andra syntessteg
AcetylCoA
Några elektronbärare NAD + FAD