Metabolism

Detta inlägg behandlar följande kursmål:

• Förklara hur cellen tillgodogör sig energi och byggstenar från olika näringskällor, hur energiöverskottet lagras, samt hur katabola och anabola processer integreras och regleras

---

NAD⁺ → NADH, nikotinamidadenindinukleotid

FAD → FADH₂, flavinadenindinukleotid

Anapleuros, tillförsel av intermediärer till en metabolisk process, t.ex. till citronsyracykeln.

Reciprok reglering, två motsatta metaboliska vägar regleras på motsatt sätt.

KOLHYDRATMETABOLISM

Glykolys, anaerob process i cytosolen som bryter ner glukos till pyruvat. En glukosmolekyl (6 kol) klyvs och omvandlas till två pyruvat (3 kol). Andra kolhydrater än glukos kan användas om de först bryts ner till någon av processens intermediärer, vilket kallas anapleuros. Processen består av två delar: en energikrävande och en energiproducerande.
Nettoresultat: glukos → 2 pyruvat + 2 ATP + 2 NADH

Pyruvatoxidation, pyruvat oxideras till acetyl-CoA, vilket är en aerob och irreversibel process som sker i mitokondriens matrix. Eftersom nästa steg, citronsyracykeln, kräver syre prioriteras glykolysen vid anaerobt tillstånd (t.ex. vid hård träning). Då omvandlas pyruvat till laktat och etanol, vilket regenererar NAD⁺, som krävs för glykolys.

Citronsyracykeln, aerob och cyklisk process i mitokondriens matrix. Hastigheten regleras av energitillgång genom tre irreversibla steg, som förändrar antalet kolatomer. Minnesregel: “Officer! Can I Keep Selling Sex For Money?”

Glukoneogenes, energikrävande reaktion som bildar glukos från pyruvat. Är huvudsakligen omvänd glykolys, med undantag för de tre irreversibla stegen. Sker vid fastande tillstånd när det är brist på glukos, huvudsakligen i levern eller njuren. Stimuleras av höga koncentrationer Acetyl-CoA och aktiv fettförbränning.

Glykogenes, bildar glykogen av glukos. Stimuleras av insulin, inhiberas av glukagon.

Glykogenolys, nedbrytning av glykogen till glukos. Stimuleras av glukagon, inhiberas av insulin.

Pentosfosfatvägen, alternativ reaktionsväg för glukos-6-P, vilket bildar NADPH, som används för syntes av fettsyror och kolesterol, och ribos-5-P, som används vid syntes av nukleinsyror och högenergimolekyler som ATP, GTP och NAD⁺. Reaktionen stimuleras av insulin, och hämmas av höga halter NADPH (feedback-inhibering).

LIPIDMETABOLISM

Lipolys, nedbrytning av triglycerider till glycerol och tre fettsyror. Katalyseras av hormonkänsligt lipas (HKL) i adipocyter (fettceller), som stimuleras av glukagon. Fettsyrorna transporteras via blodet mha albumin till den del av kroppen där energin behövs. Glycerol kan omvandlas till dihydroxyacetonfosfat (DHAP, intermediär i glykolysen), en reaktion som är viktig i Glycerol-fosfatskytteln.

β-oxidation, nedbrytning av fettsyror till acetyl-CoA → citronsyracykeln. Regenererar NADH och FADH₂ → elektrontransportkedjan.

1. Fettsyran aktiveras med CoA och ATP, vilket katalyseras av acyl-CoA-syntetas
   • fettsyra + CoA + 2ATP → acyl-CoA + 2ADP
2. Karnitinskytteln: Karnitin binder till den aktiverade fettsyran, vilket möjliggör transport över mitokondriens inre membran, katalyseras av karnitinacyltransferas 1 (CAT1), som inhiberas av malonyl-CoA från lipogenes
   • acyl-CoA + karnitin → acylkarnitin + CoA
3. Motsatta reaktionen sker inne i mitokondriens matrix, katalyserad av CAT2
4. Acyl-CoA oxideras och för varje varv klyvs en acetyl-CoA av
   • nC-Acyl-CoA → (n-2)C-acyl-CoA + acetyl-CoA + FADH₂ + NADH

Omega-oxidation, alternativ nedbrytning av fettsyror. Sker i ER vid avsaknad av enzymet acyl-CoA-dehydrogenas, eftersom medellånga fettsyror (10-12 kol) då inte kan genomgå β-oxidation. Resultatet blir fettsyror som oxideras i båda ändarna, vilket bildar dikarboxylsyror som utsöndras i urinen.

Ketonkroppar, vattenlösliga molekyler som bildas i levern vid kolhydratfattig och fettrik kosthållning. Kroppens energilösning när det inte finns kolhydrater att tillgå, då fetter och proteiner inte kan passera blod-hjärn-barriären. T.ex. acetoacetat, aceton, 3-hydroxybutyrat.

Lipogenes, glukos omvandlas till fett i cytoplasman vid höga energinivåer i cellen.

PROTEINMETABOLISM

Proteolys, nedbrytning av protein till mindre peptider eller aminosyror. Katalyseras av enzymer som kallas proteaser, vilka bryter peptidbindningar. Kan orsakas av lågt pH eller höga temperaturer.

Transaminering, nedbrytning av aminosyror genom överföring av aminogrupp till α-ketosyror, som vidare kan brytas ner och ge energi. Alla aminosyror, förutom lysin och leucin (”lazy Ls”), kan genomgå processen.

Oxidativ deaminering, aminogrupp doneras av glutamat i form av ammoniak, vilket genererar 1 NADH. Sker i levern.

Ureacykeln, cyklisk process i mitokondrier i levern som omvandlar skadlig fri ammoniak (NH₃) till urea, som lämnar kroppen via urinen. Varje varv genererar en urea-molekyl och kostar 4 ATP.

ANDNINGSKEDJAN

Elektrontransportkedjan, aerob process i mitokondriens innermembran som omvandlar energi som tillfälligt lagrats i form av FADH₂ och NADH (som inte kan färdas över membran och kräver därmed skyttlar), t.ex. från glykolysen och citronsyracykeln, till ATP. Består av fyra proteinkomplex som förmedlar en elektron vidare så att den genomlöper en sekvens av allt lägre potentiella energier. Den överblivna energin driver pumpning av protoner till utrymmet mellan membranen, vilket bildar en elektrokemisk gradient som används under oxidativ fosforylering för att syntetisera ATP.

1. Komplex I
   • NADH → NAD⁺ + 2e^–
   • 4H⁺ transporteras aktivt genom membranet
   • Koenzym Q transporterar 2e^– till komplex III
2. Komplex II (succinatdehydrogenas, deltar även i citronsyracykeln)
   • citronsyracykel: succinat + FAD → fumarat + FADH₂
   • elektrontransportkedjan: FADH₂ → FAD + 2e^–
   • Koenzym Q transporterar 2e^– till komplex III
3. Komplex III
   • Transporterar aktivt 4H⁺ per elektronpar genom membranet
   • Cytokrom c transporterar en elektron i taget till komplex IV
4. Komplex IV
   • Transporterar elektroner till syre, som blir elektronegativt och binder till väte i matrix, vilket bildar vatten
   • ½O₂ + 2e^– + 2H⁺ → H₂O

Elektrokemisk gradient = pH-gradient + elektrisk potential

Koenzym Q₁₀ (CoQ), hydrofob molekyl som transporterar 2e^– och 2H⁺ fritt i innermembranet.

Cytokrom c, hydrofil molekyl som finns på utsidan av mitokondriens innermembran. Fungerar som en elektronacceptor respektive -donator i elektrontransportkedjan, genom att järnet i proteinets hemgrupp reduceras respektive oxideras. Kan transportera en elektron i taget.

Oxidativ fosforylering, ATP-syntas utnyttjar den elektrokemiska gradienten för att syntetisera ATP. Protoner passerar genom membranet och den energi som protonerna förlorar används för att sätta samman en ADP och en fosfatjon till ATP.

ADP/ATP-antiport, transporterar ADP och ATP mellan mitokondrien och cytosolen.

Uncoupling protein (UCP), frikopplar elektrontransportkedjan och omvandlar lagrad energi i den elektrokemiska gradienten till värmeenergi. Finns i stor mängd i bruna fettceller.

Malat-aspartatskytteln, via en transamineringsreaktion kan kroppen på ett effektivt sätt forsla NADH över mitokondriemembranet (indirekt – inte NADH-molekylen som passerar membran men energin överförs).

Glycerol-fosfatskytteln, genom att omvandla DHAP till glycerol-3-fosfat förbrukas energin lagrad i en NADH-molekyl (blir NAD+), glycerol-3-fosfat tar sig sedan över mitokondriemembranet och omvandlas sedan åter till DHAP samtidigt som en FAD-molekyl övergår till FADH₂ som i sin tur överför energin direkt till koenzym Q. Här förlorar man energi eftersom FADH₂ lagrar mindre energi än NADH.