Översikt metabolismen
Glykolysen
Glukoneogenesen
Citronsyracykeln
Andningskedjan
Lipidmetabolism I
Lipidmetabolism II
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
http://ndla.no/nb/node/3366
http://www.rpi.edu/dept/bcbp/molbioch
em/MBWeb/mb1/part2/signals.htm
Glykogen
Cellen kan inte lagra ATP för energi!
Lipider
Hydrolys av ATP ∆G = -30.5 kJ/mol
Transport
Reaktioner
Rörelse
Nervimpulser
Pi = fosfatgrupp = HPO42-
Viktiga metaboliter för oxidation och reduktion
R = H; NAD+ - Nikotinamid adenin dinukleotid (som härstammar från niacin (ett B-vitamin))
R = PO32- ; NADP+ - Nikotinamid adenin dinukleotid fosfat
Etanol
FAD – flavin adenin dinukleotid
Viktiga oxidationsmedel
Alkan
Keton
Viktiga reduktionsmedel
Alken
Glykolysen – sker i cytoplasman
Stärkelse (en glykospolymer) från mat
• Hög halt glukos i blodet
• Insulinproduktion från bukspottskörteln
• Glukos kan transporteras genom
cellmembranet
• Glykos fosforyleras och blir kvar i cellen
Pyruvat
Glykolysen - Översikt
Stadie 1 kräver energi – 2 ATP
Stadie 2 ger energi + 4 ATP
Glykolysen – Stadie 1 – Fosforylering av glukos
Reaktionen kräver ATP
Syfte:
• Fosforylerat glykos kan inte lämna cellen
• Fosforylerat glykos är mer reaktivt
Reaktionen katalyseras av enzymet Hexokinas
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
Glykolysen – Stadie 1 – Isomerisering av Glukos - 6 - fosfat
Konvertering av en aldos till en ketos
Reaktionen katalyseras av enzymet Fosfoglukos isomeras
Glykolysen – Stadie 1 – Fosforylering av Fruktos - 6 - fosfat
Reaktionen katalyseras av enzymet Fosfofruktokinas
Reaktionen kräver ATP
Viktigt enzym som styr glykolysens hastighet!
Glykolysen – Stadie 1 – Klyvning av Fruktos 1,6-bisfosfat
Reaktionen katalyseras av enzymet Aldolas som fått sitt
namn från den reversibla reaktionen – aldol-kondensation
Jämvikt mellan Dihydroxyacetonfosfat och Glyceraldehyd 3 - fosfat
Fruktos 1,6-bisfosfat
Jämvikten förskjuts
åt höger
Endast Glyceraldehyd 3 – fosfat kan brytas ner till Pyruvat
Glykolysen - Översikt
Stadie 1 kräver energi – 2 ATP
Stadie 2 ger energi + 4 ATP
Netto fås + 2 ATP
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
Glykolysen – Stadie 2 – Fosforylering av ADP
1,3-bisfosfoglycerat är mer reaktiv än ATP
Reaktionen katalyseras av enzymet Fosfoglyceratkinas
I reaktionen sker en sk substratnivåfosforylering av
ADP varvid ATP bildas.
Glykolysen – Stadie 2 – Generering av Pyruvat
Omlagring
Vad händer med
Pyruvat ?
Dehydrering
Substratnivåfosforylering
Nettoreaktion glykolysen:
Glukos + 2 Pi + 2 ADP + 2 NAD+→ 2 Pyruvat + 2 ATP + 2NADH + 2 H+ + 2H2O
Glykolysen – Vad händer med Pyruvat
I glykolysen förbrukas NAD+
NAD+ och måste regenereras för att glykolysen och skall kunna fortsätta
1
2
3
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 Pi + 2 ADP + 2H+ → 2 etanol + 2CO2 + 2 ATP + 2H20
Ger en nettoenergivinst på 2 ATP – viktig reaktion vid jäsning då CO2 bildas
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 Pi + 2 ADP → 2 laktat + 2 ATP + 2H2O
Ger en nettoenergivinst på 2 ATP
Glykolysen – Vad händer med Pyruvat 3
Omvandling av pyruvat till Acetyl-CoA
CoA (Koenzym A)
Pyruvat
Citronsyracykeln
Elektrontransportkedjan
O2
reduceras
H2O
ATP
Syre åtgår för produktion av ATP - AEROBT
Mjölksyrafermentering i muskler
A: Vid hårt muskelarbete blir det brist på O2 - NAD+ regenereras via mjölksyrafermentering
ANAEROBT - mjölksyra (lactate) ansamlas i musklerna vilket orsakar smärta – Mjölksyran
transporteras till levern där den omvandlas till pyruvat.
Pyruvat
Levern
B: Vid normalt muskelarbete finns det tillräckligt med syre - NAD+ regenereras via
citronsyracykeln och andningskedjan AEROBT – Denna väg ger betydligt mer energi!
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
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
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
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
Glykolysen – kontroll - summering
Glykolysen vs Glukoneogenesen
Glykolysen
Katabolisk reaktion
Oxidation
NeNoreakOon: Glukos → 2 Pyruvat
Glukos + 2 Pi + 2 ADP + 2 NAD+→
2 Pyruvat + 2 ATP + 2 NADH + 2 H+ + 2H2O
+ 2 ATP
Glukoneogenesen
Anabolisk reaktion
Reduktion
Nettoreaktion: 2 Pyruvat → Glukos
2 Pyruvat + 4 ATP + 2 GTP + 2 NADH + 6H2O →
Glukos + 6 Pi + 4 ADP + 2 GDP + 2 NAD+ + 2H+
-4 ATP
-2 GTP
http://www.t3portal.org/T3_Portal_v1/!SSL!/WebHelp/ales_vancura/Gluconeogenesis_and_metabolism_of_glycogen.htm
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
Glukoneogenesen
Ingångsämnen:
• Laktat (från mjölksyrafermentering) → Pyruvat
• Aminosyror (från proteiner) → Pyruvat + Oxaloacetat
• Glycerol (från fettnedbrytning) → Dihydroxyacetonfosfat
Fosforylering
Oxidering
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!
Steg som skiljer Glykolysen från Glukoneogenesen
Steg 2
Pyruvat → Fosfoenolpyruvat via Oxaloacetat
Fosfoenolpyruvatkarboxykinas
Denna reaktionen sker i cytoplasman
Det går åt energi!
Steg som skiljer Glykolysen från Glukoneogenesen
Fruktos 1,6-bisfosfate + H2O → Fruktos 6-fosfat + Pi
Fruktos 1,6-bisfosfatas
Fruktos 6-fosfat kan snabbt konverteras till glukos 6-fosfat
Steg som skiljer Glykolysen från Glukoneogenesen
Glukos 6-fosfat + H2O → Glukos + Pi
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
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 Ollgång på energi
o material för syntes
Mängder enzym kan även regleras transkriptionellt - för effekter på längre sikt!
Glykogen
Grenad glukospolymer som fungerar
som lagringsform för metabol energi
http://www.bioweb.genezis.eu/?cat=10&file=sacharidy&page=2
Depåer finns främst i musklerna
för snabb tillgång av energi vid muskelarbete
Finns även i levern
för kontroll av blodsockernivån
Nedbrytning av glykogen
Nedbrytning av glykogen:
1. Glukosenheterna i glykogen fosforyleras och spjälkas därefter av som glukos-1-fosfat.
Enzym: Glykogenfosforylas
Glykolysen
Bildning av glykogen
Enzym: Glykogensyntas
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
