Katabolismen
Nedbrytningen
Primärproduktion
Genom fotosyntesen, grunden för allt liv på jorden, förs kolatomer in i näringskedjan. I en serie av
reaktioner, ljus och mörkerreaktionerna, omvandlar växterna koldioxid, vatten och solenergi till
Glukos och syre. Det egentliga upptaget av koldioxid sker i mörker reaktionen med hjälp av energi
och ett enzym som kallas rubisco.
6CO2 +6 H2O + solenergi
C6H12O6 +6O2
Av glukos och ämnen som kväve, fosfor och svavel som upptas via rötterna kan växterna
producera alla organiska ämnen som kolhydrater, fetter, proteiner vitaminer och mineraler.
Sekundärproduktion
Djurorganismerna kan inte utnyttja solenergin och oorganiskt material utan måste äta de organiska
ämnen som bildats genom växternas produktion. Predatorerna, rovdjuren har specialiserat sig på att
äta andra djur företrädelsevis växtätare. Genom andningsapparaten upptar djuren syre och bryter ned
näringsämnena genom att oxidera deras kolatomer till koldioxid och deras vätatomer till vatten. Vid
denna oxidation frigörs den kemiska energin, ursprungligen solenergi, som sammanhåller atomerna i
molekyler. Energin utnyttjas av djurcellerna till deras egna livsfunktioner och till uppbyggnaden av
deras egna ämnen.
Djurens oxideringsprocess kan därför enkelt beskrivas på detta sätt:
C6H12O6
6CO2 + 6 H2O + kemisk energi.
Ämnesomsättningen som sker i djurceller kallas metabolism och uppdelas i två underkategorier:
katabolism nedbrytandet av näringsämnen och anabolism uppbyggandet av ämnen. Nedbrytningen av
näringsämnen sker på samma sätt i alla levande celler medan den uppbyggande fasen varierar starkt
mellan olika arter.
Schematiskt sker nedbrytningen i tre steg.
1. Näringsämnenas makromolekyler bryts ned i matsmältningskanalen till mindre molekyler med
hjälp av enzymer. I huvudsak glukos, aminosyror, glycerol och fettsyror
2. I cellernas cytoplasma bryts alla dessa ämnen ned till acetat CH3COO. Dessa 2-kols acetylenheter
kombineras med koenzymet A och bildar tillsammans acetyl-CoA.
3. Acetyl-CoA förs in i cellernas mitokondrier där enzymer genomför den slutliga omvandlingen till
koldioxid och vatten. Detta sker via citronsyracykeln och elektrontransportkedjan.
Katabolismens huvudsakliga uppgift är att frigöra energi och producera ATP molekyler.
960520
En studie av nedbrytningen
Magnus Lagerberg
sid 1
redigerat 7/14/2017
ATP energibäraren
ATP är en molekyl som har förmåga att laddas upp och laddas ur. ATP molekylen möjliggör
energitransport mellan cellens energiproduktion och energianvändning. ATP molekylen
(adenosintrifosfat) består av adenosin, basen adenin och pentosen ribos, och tre organiska
fosfatgrupper.
Vid uppladdningen av ATP fogas en fosfatgrupp till ADP(adenosindifosfat).Denna reaktion kräver
en betydande energi-investering därför att fosfat grupperna är negativt laddade och stöter bort
varandra. Den uppladdade energin kan emellertid lätt frigöras igen När ATP molekylen spjälkas och
den yttersta fosfatgruppen lossnar frigörs stora mängder energi. ATP övergår till ADP
(adenosindifosfat)
ATP +H2O
ADP + P(fosfatgrupp) + energi
Tre fjärdedelar av födans energi blir kemisk energi resten ca ¼ blir värmeenergi. ATP reserven i
cellerna är i varje ögonblick ca 40 gram och då förbrukningen per dygn är ca 100kg måste varje ATPmolekyl byggas upp två - tre tusen gånger per dygn.
Energin i ATP möjliggör cellens anabola, uppbyggande arbete. Dvs bildandet av glukos, fettsyror
och aminosyror. Ämnena byggs vidare till energireserver i fettvävnaden glykogen, nukleinsyror i
DNA och RNA samt proteiner, kroppens byggstenar.
Katabolismen är beroende av tre viktiga koenzym
Koenzym A binds till acetylgruppen CH3CO och utgör en mellanprodukt då de två reaktions serierna
glykolysen och beta oxidationen övergår i citronsyracykeln. Koenzym A byggs upp av ATP,
pantotensyra (B-vitamin) och aminosyran cystein.
Koenzymerna NAD (bl a vitamin B7 niacin) och FAD är vätetransportörer vars uppgift är att
överföra väteatomer från citronsyracykeln i mitokondrierna till elektrontransportkedjan i
mitokondriernas inre membran. Där protonerna binds till syre och bildar vatten. Vid reaktionen frigörs
mycket energi som lagras i ATP.
NADH +H +½O2 + 3 ADP +3P(fosfatgrupper) ----> NAD+ +H2O + 3 ATP
Förberedelse inför citronsyracykeln
Innan ämnena kan inträda i citronsyra cykeln måste de delas upp i mindre molekyler. Glukos och
aminosyror bryts ned i cellens cytoplasma glykolys respektive transanimering, fettsyrorna bryts ned i
mitokondrierna genom beta-oxidationen.
Glykolys
Glukos bryts ned i glykolysen genom att först förenas med två fosfatgrupper från ATP molekylen
delas sedan i två 3- kols enheter varvid ytterligare fosfatgrupper kopplas samman och två väteatomer
tas om hand av NADH för vidare transport till elektronkedjan. I slutändan har två purvatjoner bildats
och fyra ATP molekyler men det gick åt två ATP i glykolysens början därför är nettot två ATP.
Puruvatjonerna omvandlas till acetylgrupper och binds till koenzym A och går därefter in i
citronsyracykeln.
Beta-oxidationen
Fettsyrornas nedbrytning kallas beta-oxidationen och sker i cellens mitokondrier. Inledningsvis sker
en reaktion med koenzym A Nedbrytningen sker genom oxidation i fem steg och bland annat sker en
oxidation vid molekylens beta-kolatom. Efter fem stegs oxidation avspjälkas en acetyl-CoA molekyl
960520
En studie av nedbrytningen
sid 2
Magnus Lagerberg
redigerat 7/14/2017
den resterande molekylen av fettsyran börjar ett nytt varv vid oxidationssteg 2 och fortsätter tills hela
fettsyran är nedbruten i acetyl-CoA. Under oxidationen har väte transporterats vidare av vätebärarna
FAD och NAD till elektrontransportkedjan för framställning av ATP molekyler(energi) och vatten.
Vätebärarna skapar genom denna nedbrytning av en fettsyra 7 FADH2=14 ATP och 7 NADH = 21
ATP totalt 35 ATP plus att 8 acetyl-CoA har vandrat in i citronsyracykeln.
Transanimeringen
Några aminosyror bryts ned till acetat och binds till koenzym A. Andra till karboxylsyror som ingår
som mellanprodukter i citronsyracykeln som biprodukt när NH2 avskiljs bildas ammoniak som leds ut
från kroppen via urinen.
Citronsyracykeln
ämnena kan nu inträda i citronsyracykeln. Acetyl-CoA binds till oxalättiksyra och bildar citronsyra.
Citronsyracykeln består av åtta reaktioner som inleds med citronsyra och avslutas med oxalättiksyra.
Reaktionen är cyklisk och fortsätter efter avslutat varv i nästa.
I steg tre och fyra avgår två kol genom oxidation. Det bildas koldioxid som leds ut från cellen och
lämnar kroppen med utandningen. Under ett helt varv i citronsyra cykeln har dessutom 1 ATP och 3
NADH samt 1 FADH2 bildats som efter omsättning i elektronkedjan ger totalt 12 ATP.
Elektrontransportkedjan.
Vätebärarna FAD och NAD transporterar protoner H+ till elektrontransportkedjan där en serie
oxidationer bildar en kedja och elektronerna vandrar från molekyl till molekyl. Vid denna process
binds protonerna till det elektronegativa syret från inandningsluften varvid vatten H2O bildas.
Samtidigt som energi utvinns och binds till ATP. på detta sätt ger en NADH upphov till tre ATP och 1
FADH2 upphov till två ATP.
960520
En studie av nedbrytningen
Magnus Lagerberg
sid 3
redigerat 7/14/2017
Schematiskt
Mat
fett
fettsyror
överskott av fett lagras i
fettvävnaden
genom beta oxidationen bildas
acetylgrupper
Som reagerar med koenzym A
Acetyl-CoA
kolhydrater
spjälkas i matsmältningskanalen
till
glukos
överskott av glukos omvandlas
till glykogen
och lagras i lever och muskler
i glukolysen bildas puruvatjoner
puruvatjonerna bildar
tillsammans med koenzym A
Acetyl-CoA
proteiner
aminosyror
bygger upp proteiner i alla
vävnader
genom transaminering bildas
karboxylsyror
vissa karboxylsyror bryts ned
till acetylgrupper
Ketosyror och acetyl-CoA
oxalättiksyra bildar tillsammans
med acetyl-CoA Citronsyra
Ketosyror ingår i citronsyra
cykeln som mellanled
citronsyra
C6
+acetylCoA
CO2
oxalättiksyra C4
Koldioxid avgår med
utandningen
C5
CO2
C4
C4
Väte bärarna NAD och FAD
överför 8 protoner H+
för varje varv i citronsyracykeln
till elektrontransportkedjan
Vätet binds till syre och bildar vatten
samtidigt frigörs stora mängder energi
energin lagras i ATP molekylen
H2O
Energi
Varje mol glukos ger upphov till 38 mol ATP!
Men två ATP går åt för att föra in två NADH,
som bildats i glykolysen,
till mitokondrierna.
Nettoproduktionen av ATP blir alltså 36 mol.
960520
En studie av nedbrytningen
Magnus Lagerberg
sid 4
redigerat 7/14/2017
