BASÅRET KEMI B –
BIOKEMI VT 2012
METABOLISM
224-249 (sid. 192-219)
Kemi B, Biokemi,
VT 2012
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
Hjärnan behöver 120 g glukos per dag.
Fett
Glykoneogenesen - syntes av glukos
Kemi B, Biokemi,
VT 2012
METABOLISM AV TRE GRUPPER AV MOLEKYLER
kolhydrater!
glukos!
1.
Kolhydratmetabolism
2.
Lipidmetabolism
3.
Aminosyrametabolism
katabolism
- oxidation av kolatomer
- exergona processer
8 e -!
- frigör energi
- nedbrytning
lipider!
proteiner!
Fettsyror!
glycerol!
aminosyror!
acetyl-CoA!
citron!
syra !
cykeln!
ATP!
2 CO2!
O2!
H2O!
andningskedjan!
Kemi B, Biokemi,
VT 2012
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.
Kemi B, Biokemi,
VT 2012
steg 2
glukos
2
2
2
4
acetylCoA
CO2
ATP
NADH
fettsyra (16 kol)
8 acetylCoA
7 FADH2
7 NADH
aminosyra
urinämne o. NADH
acetylCoA
och/eller diverse
andra molekyler
Inte mycket ATP !!!!
Kemi B, Biokemi,
VT 2012
steg 3 - citronsyracykeln
acetylCoA
2
3
1
1
CO2
NADH
FADH2
ATP (GTP)
alla kol har oxiderats, men
fortfarande lite ATP !!!!
Kemi B, Biokemi,
VT 2012
steg 3 - andningskedjan
För att processerna ska kunna fortsätta måste alla
de reducerade kofaktorerna återoxideras !!!!
NADH + H+ + 1/2 O2
FADH2 + 1/2 O2
NAD+ + H2O
FAD + H2O
ATP ????
Kemi B, Biokemi,
VT 2012
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.
Kemi B, Biokemi,
VT 2012
GLYKOLYSEN - i detalj
Glykolysen kan
indelas i två faser
1
1. Glukos omvandlas till
fruktos-1,6-bisfosfat.
Kemi B, Biokemi,
VT 2012
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
Kemi B, Biokemi,
VT 2012
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
Kemi B, Biokemi,
VT 2012
ENERGIMETABOLISM I MITOKONDRIER
I mitokondrien sker
CITRONSYRACYKELN
ANDNINGSKEDJAN
β-OXIDATIONEN
som spelar en avgörande roll i
cellens energimetabolism.
Kemi B, Biokemi,
VT 2012
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
Kemi B, Biokemi,
VT 2012
O
IM
Kopplingen mellan glykolysen och
citronsyracykeln
Vid god tillgång på O2 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.
Kemi B, Biokemi,
VT 2012
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 FADH2
1 ATP(GTP)
2 Co2 avges
Kemi B, Biokemi,
VT 2012
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.
Kemi B, Biokemi,
VT 2012
ANDNINGSKEDJAN
Består av 2 delar:
- Elektrontransportkedjan
- Oxidativa fosforyleringen
Kemi B, Biokemi,
VT 2012
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
FADH2
Kemi B, Biokemi,
VT 2012
Andningskedjan består av 4 proteinkomplex:
som innehåller kofaktorer, som kan oxideras/reduceras
oxidativ
fosforylering
Elektrontransport
e-
ATP
eoxidation
oxidation
reduktion
- alla proteinkomplexen sitter i mitokondriens innermembranet.
- en så kallad protongradient bildas över membranet när NADH och
FADH2 oxideras av syre.
CYANID - ett klassiskt gift, som påverkar andningskedjan, binder till
hemgruppen i komplex IV.
Kemi B, Biokemi,
VT 2012
Elektrontransport
Elektronerna förs genom andningskedjan spontant och det
frigörs energi, som ger ATP
/FAD
II
II
/FADH2
Elektronbärarna kopplar ihop glykolysen och citronsyracykeln med den
oxidativa fosforyleringen.
Bundna till enzymerna finns prostetiska grupper
Kemi B, Biokemi,
VT 2012
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.
Kemi B, Biokemi,
VT 2012
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
Kemi B, Biokemi,
VT 2012
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 !!!
Kemi B, Biokemi,
VT 2012
BRUNT FETT - ETT VÄRMEELEMENT
Björnen lagrar kroppsfett för att klara
vintervilan, kroppsfett är deras enda
bränsle och de sänker kroppstemperaturen
till 32-35 °C
Kemi B, Biokemi,
VT 2012
NEDBRYTNING AV
LIPIDER OCH AMINOSYROR
Kemi B, Biokemi,
VT 2012
LIPIDMETABOLISMEN
FETTSYRORNA TRANSPORTERAS TILL MITOKONDRIEN
neutral-lipid/”fett”
FETTCELL
hydrolys
3 st
+
MUSKELCELL
glycerol
fettsyra
Kemi B, Biokemi,
VT 2012
VAD HÄNDER MED FETTSYRORNA I
MITOKONDRIEN ?
I mitokondrierna bryts
fettsyrorna ner via
β-oxidation, en cyklisk
process.
Acetyl-CoA
Citronsyracykeln
CoA = coenzym A
Palmitinsyra med
16 kolatomer
ger 8 acetyl-CoA
1 acetyl-CoA / 2 kolatomer
Biosyntes av fettsyrorna sker i
cytosolen, i princip omvänd,
men katalyseras av andra
enzymer.
Kemi B, Biokemi,
VT 2012
AMINOSYRAMETABOLISM
NH3+!
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.
Kemi B, Biokemi,
VT 2012
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
Met
His
Phe
Iso
Thr
Leu
Trp
Lys
Val
Kemi B, Biokemi,
VT 2012
SAMMANFATTNING
Katabolismen
“Alla vägar bär till citronsyracykeln”
Syntes av ATP är cellens “energivaluta”,
som driver anabolismen.
När glukos omvandlas till CO2 och H2O
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
Kemi B, Biokemi,
VT 2012
Fotosyntesen
Kemi B, Biokemi,
VT 2012
ENERGIMETABOLISM I KLOROPLASTER
FOTOSYNTESEN - VÄRLDENS VIKTIGASTE REAKTION
CO2 + H2O
O2 + (CH2O)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
Kemi B, Biokemi,
VT 2012
ENERGIFLÖDET I BIOSFÄREN
De fotosyntetiserade organismerna
är förutsättning för liv på jorden
Icke-fotosyntiserande
organismer
Kemi B, Biokemi,
VT 2012
KLOROFYLL
Alla fotosyntetiserande organismerna
innehåller en speciell ljusmolekyl.
Light-harvesting komplex eller
antenna molekyl, 36 klorofyller
Synligt ljus
380-750 nm
Klorofyll a
Ljusmolekylen tar upp den ljusenergi,
som driver fotosyntesen
Kemi B, Biokemi,
VT 2012
KLOROPLASTER
Ljusfas - i tylakoidmembranet
Lumen
Mörkerfas - stroma
Stroma
I tylakoiderna finns enzymer och komponenter,
som behövs för fotosyntesens ljusfas.
Här tas ljusenergin upp och driver bildningen
av ATP, NADPH och syre.
Cyanobakterier
Kemi B, Biokemi,
VT 2012
FOTOSYNTES ÄR OMVÄNDNING AV ANDNINGSKEDJAN
- elektrontransport - protongradient - ATP syntes
Kemi B, Biokemi,
VT 2012
Fotofosforyleringen sker under
ljusfasen (ATP bildas)
ljus - elektrontransport
- protongradient - ATPsyntes
Kemi B, Biokemi,
VT 2012
Ljus- och mörkerfas
Ljusfas - direkt ljusberoende
Mörkerfas - behöver ej ske i mörker
Kemi B, Biokemi,
VT 2012
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
550 000 Da och består av;
8 stora subunits, 8 små subunits
substratet: ribulos-1,5-bisfosfat
Kemi B, Biokemi,
VT 2012
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
Kemi B, Biokemi,
VT 2012
TACK!!!
Lycka till med tentan!
Kemi B, Biokemi,
VT 2012
