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:
• Men :
• Men:
Många gemensamma mönster i olika processer
Ett hundratal speciella molekyler har en central roll i
många olika processer
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
CO2 + H2O + “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 (DGtot) är
negativ.
Glykolysen
• OBS:
• Samtliga reaktionssteg är
kopplade
• Och I vissa deltar ATP som
reaktant
• Glukos - - - - - - ger- - - - - -pyruvat
• 2 ATP går åt
• 4 ATP produceras
• 2 NADH produceras
•
Katabolism ger “användbar energi” (ex. ATP)
Kolhydrater, fett
CO2 + H2O + “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 Pi 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 Pi än till ATP,
vilket stabiliserar ADP och Pi .
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 >>>>>>
+ tRNA >>>>>
+ pyrofosfat (PPi)
Proteinsyntes kostar energi (ATP) då varje aminosyra
binds till tRNA.
Dessutom åtgår energi i andra syntessteg
AcetylCoA
Några elektronbärare
NAD+
FAD
