13 - Fra energi til føde + 14 - Oxidativ fosforylering

Question 1

Princip i glykolyse (Beskriv de 3 trin)

Answer 1

Investment stadie (1-3)
I de første tre trin sker der to fosforyleringer. Der er tale om en energi investeringsfase. Undervejs går glukose fra puranose til furanose form og dannes til Fructose 1,6-bifosfat. Energien bruges i form af to ATP molekyler der via kinaser får fjernet deres fosfatgruppe til glukose og omdannes til ADP.

Kløvning (4-5)
I kløvningsfasen spaltes Fructose 1,6-bifosfat til to molekyler; glyceraldehyd-3-fosfat eller dihydroxyacetone fosfat (som i process 5 omdannes til glycerolaldehyd-3-fosfat).

Udbytte stadie (5-10)
I de sidste 5 delreaktioner af glykolysen omdannes de to molekyler af glyceraldehyd-3-fosfat til pyruvat under samtidig dannelse af 2 NADH og 4 ATP molekyler.

Question 2

Princippet i pyruvatomdannelse under aerobe forhold (beskriv reaktionen)

Answer 2

Princippet i pyruvat omdannelse under aerobe forhold = decarboxylering. Omdannelse af pyruvat til acetylCoA sker i mitokondriet hvis der er ilt tilstede.
Decarboxyleringen forløber over tre trin:

1. Pyruvat får fraspaltes en kovalent bundet carboxylat gruppe (CO2).
2. Herefter dannes NADH udfra NAD+, som optager elektroner(?)
3. Resten af pyruvatet er en acetylgruppe der kan bindes til HS-CoA og danne acetyl CoA.

De to hydrogen der spaltes under dannelse af acetyl CoA bruges til NADH + H+ reaktion.

Reaktion: C3H4O3 + HS-CoA + NAH+ → NADH + CO2 + Acetyl CoA

Question 3

Opskriv reaktionen for pyruvatomdannelse under aerobe forhold

Answer 3

De to hydrogen der spaltes under dannelse af acetyl CoA bruges til NADH + H+ reaktion.

Reaktion: C3H4O3 + HS-CoA + NAH+ → NADH + CO2 + Acetyl CoA

Question 4

Anaerob pyruvat-omsættelse i EUKARYOT CELLE

Answer 4

Under anaerobe forhold kan der ikke ske samme omdannelse af pyruvat til acetyl CoA. I fjerde enzymkompleks i elektrontransportkæden erstattes oxygen (den primære elektronacceptor) med pyruvat under iltfri forhold. Der kan således sadig dannes NADH til NAD+ via NAD+ regeneration. Lakatdannelsen sker typisk i muskelceller. Hvis NAD/NADH omsættelsen stopper, stopper glykolysen og der kan ikke dannes ATP. Produkter: Laktat

Question 5

Anaerob pyruvat-omsættelse i GÆRCELLE

Answer 5

I gærceller eks. sker der under anaerobe forhold samme process hvor pryuvat gennemgår decarboxylering og derved fraspaltning af CO2. Dette danner 2 acetaldehyd, der bliver elektronacceptor i elektrontransportkæden hvilket danner 2 ethanol under omsættelse af 2 NADH til 2 NAD+.

Question 6

Produkter af decarboxylering under anaerobe forhold:
(gærcelle vs muskelcelle/eukaryot)

Answer 6

Muskelcelle: 2 ATP + 2 Laktat
Gærcelle: 2 ATP + 2 Ethanol + 2 CO2

Question 7

Princip i fedtsyreoxidation / beta-oxidation

Answer 7

Beta oxidation = mitochondriets lumen
Fedt -> Fedtsyre + glycerol i cytoplasma
Fedtsyre -> mitochondrie
Fedtsyre + HS-CoA via thioesterbinding
Oxidation af fedtsyre danner bærermolekyler (FADH2 og NADH + H)

AcetylCoA synthase spalter kovalent binding ml. beta- og alfa-carbon = acetyl CoA og fedtsyre hvortil nyt CoA kompleks kan bindes til.

Acylgruppe på fedtsyren dannes via hydrolyse hvor der optages vand og dannes en hydroxygruppe. NAD+ optager elektroner fra hydroxygruppen og danner en keto-gruppe (acyl gruppe).

Der er tale om en nukleofil substitutionsreaktion fordi at den lange fedtsyrekæde bliver leaving group når acetylgruppen bindes til HS-CoA

Question 8

a. Tegn princippet i beta-oxidation.
b. Hvilket enzym katalysere betaoxidationen?

Answer 8

a. Se noter
b. AcetylCoA-synthase

Question 9

Opbygning af fedtsyre

Answer 9

carbonkæde, hvortil der er bundet en syregruppe i enden

Question 10

Beskrive aminosyreomsætningen

Answer 10

Omsætnignen af aminosyre til Urea og alfa-ketosyrere sker i leveren.
Processen sker via en fraspaltning af aminogruppen i aminosyren / deaminering, hvilket danner en alfa-ketosyre og en fri aminogruppe.

Aminogrupperne indgå i dannelse af urinstof/urea.
Alanin deamineres = pyruvat.

Question 11

Tegn en alfa-ketosyre + fri aminogruppe

Question 12

Tegn pyruvat

Question 13

Princip i citronsyrecyklus (kort og langt = 7 steps)

Answer 13

At bruge acetylCoA til at danne NADH og FADH2 der bærer e- til elektron-t-kæden.

CSC foregår i mitokondriets matrix. I CSC sker en fuldstændig oxidation af carbon i acetylgruppen i acetylCoA. Formålet med CSC = danne forbindelser der kan bidrage til dannelse af ATP i Oxidativ fosforylering.

Citronsyrecyklus
AcetylCoA og vand bindes til oxaloacetat under fraspaltning af SH-CoA = citrat.
Citrat er en C6 forbindelse der gradvist nedbrydes.
Citrat gnmgår konformationsændring og oxideres ved CO2 fraspaltning. De frie elektroner gives til NAD+ som reduceres til NADH.
Endnu engang fraspaltes CO2 og elektroneren reducerer NAD+ til NADH.
Alfa-ketogluterat reagerer nu med CoA og NAD+ og der sker en fraspaltning af CO2 og danner NADH og succinylCoA.
Ved fraspaltning af CoA bruges energien til at danne GTP.
Succinat reagere med FAD og danner FADH2 ved at danne en dobbeltbinding.
Afslutningsvist bindes vand til mellemproduktet Malate, hvorefter NAD+ kan optage elektroner herfra og danne NADH og oxaloacetat.

Question 14

Beskriv opbygning af glykogen

Answer 14

Glykogen: glukose lagres i form af glykogen polymere via 1,4 glykosidbindinger, dette danner store højpolymere forbindelser der forgrener sig til store komplekser.

Question 15

Beskriv opbygning af fedtstof / triglycerid

Answer 15

Glycerolmolekyle + 3 lange haler via esterbindinger

Question 16

Princippet i glukoneugenesen

Answer 16

Glukoneogenesen er på sin vis en omvendt process af glykolysen, da der her omdannes oyruvat til glukose.
Ofte bruges de samme enzymkomplekser som i glykolysen, bortset fra de sidste tre steps i glykolysen - disse enzymer vil favorisere nedbrydningen af glukose og er derfor irreversible.
I GNG sker en syntese af glukose fra pyruvat eller mellemprodukter af syntesen til pyruvat.
Pyruvat omdannes til oxaloacetat der senere omdannes til mellemprodukter i glykolysen.

Question 17

Hvordan reguleres glukoneugenesen?

Answer 17

Regulering af glukoneogenese sker i form af positiv/negativ feedback:
1. Fructose-1,6-bifosfatASE
2. lign enzymkompklejkser som i glykolysen

Question 18

Hvordan indgår Alanin i kroppens energidannelse?

Answer 18

Alanin deamineres til pyruvat, der
efterfølgende decarboxyleres under dannelse af acetyl-CoA, CO2 og NADH. Acetyl-CoA nedbrydes
efterfølgende til CO2 og vand gennem TCA cyklus og der dannes ATP ved oxydativ fosforylering.

Question 19

Beskriv betydningen af glykolyse:

Answer 19

Den anerobe glycolyse muliggør dannelse af små mængder livsvigtig ATP under forhold, hvor det ikke er muligt at øge ATP udbyttet ved at høste den energi, der er i pyruvat eller NADH.
For eksempel muliggør anaerob glycolyse at musklerne kan kontraheres, selvom der midlertidigt ikke
er ’tilstrækkeligt’ ilt. I muskulatur reducerer elektronbæreren NADH reducerer pyruvat til laktat og på den måde regeneres NAD+, der er nødvendig for at glykolysen kan fortsætte.

Question 20

Beskriv oxidativ fosforylering og dennes to overordnede trin

Answer 20

Oxidativ fosforylering dækker over en række processer der finder sted i elektrontransportkæden. I OF bruges enerigen fra pH gradienten over mitochondriets intermembranenlle membran til at katalysere ATP syntases reaktion:
ADP + Pi –> ATP.

OF består af to trin:
(1) Udpumpning: Dannelse af protongradient.
Energi fra elektronerne transporteres til pumperne der aktiveres og pumper H+ ud i mitochrondrierts mellemste membran-lumen, og der dannes et højt membranpotientale.

(2) Indstrømning: Udnyttelse af protongradient. ATP synthase bruger energi fra 3 H+ til at koble ADP og Pi sammen til ATP.

Question 21

Beskriv substratniveau fosforylering

Answer 21

Substratniveau fosforylering
Dannelse af ATP uden ilt.
Oxidation og fosforylering af glukose så det akkumuleres i cellen.
SÅ: simpel måde at danne ATP på i glykolysen ved overførsel af fosfat fra substrat til ATP

Question 22

Hvor i cellen foregår den oxidative fosforylering og substratniveau fosforylering?

Answer 22

Mitochondriet :)

Question 23

Forklar omsætningen af Acetyl-CoA til ATP

Answer 23

Kort: AcetylCoA i CSC danner NADH og FADH2 som inducerer oxidativ fosforylering og aktivering af ATPsynthase.

AcetylCoAs omsætning til ATP sker i CSC.
AcetylCoA reagerer med vand og oxaloacetat (mellemprodukt af CSC) og danner citrat, som ved fraspaltning af HS-COA danner isocitrat.
Isocitrat fraspalter to gange CO2 og giver elektroner til NAD+ som reduceres til NADH, dette danner alfa-ketogluterate.
Ved binding til HS-CoA igen og aflevering af elektroner til NAD+ dannes succinyl COA:.
Fraspaltning af HS-CoA frigiver potientiel energi fra thiolbindingen . energien bruges til at omdanne GDP til GTP og danne succinat.
Succinat alevefer elektroner til FAD som reduceres til FADH2 og danner malat som endnu engang under vandoptagelse afleverer elektroner til NAD+ og danner NADH og oxaloacetat.

Question 24

Beskriv proton-gradientens dannelse over membranen i mitochondriet

Answer 24

I citronsyrecyklus dannes meget NADH.
NADH føres til mitochondriets membran hvor der under aerobe forhold sker oxidativ fosforylering.

(1) NADH afgiver elektroner til NADH dehydrogenase kompleks (NADHDK) og der frigives energi.
Energien = aktiveringenergi til konformaitonsændring af kanalen = proton udflux til mitochondriets midterste lumen.

(2) FADH2 donerer elektroner til EK2 tæt på Ubiquinon/CoQ. Da UQ har højerer affinitet for elektroner trækkes disse fra EK2 til CoQ.

(3) Ubiquinon transportere elektroner, i par af to til EK3: Cytochrom C reductase (CCR), der også gennemgår konformationsændirng pga. elektronernes energi og laver et protoninflux i MC’s lumen.
CCR giver elektroner til cytohrom C (CC) der transportere elektronerne til EK4.

(4) EK4 gnmgår konformationsændirng under fraspaltning af vand = protoninflux.

Question 25

Hvordan drives ATP synthasen?
Tegn gerne (rotor + stator)

Answer 25

ATPS er et multiunit protein der skiller i to underdele (reelt set flere men principielt deles den i to).
F0-komplekset er første del. En tværgående transmembran proton-carrier hvortil der er hæftet en ‘stalk’/hale.
Når protoner bindes til F0 roteres stalken med F1- komplekset.
I F1-komplekset bindes nedbrydningsstoffer af ATP sig (ADP + Pi). Rotationen bevirker en energiudladning der tillader ADP + Pi at bindes til ATP.
I eukaryote celler bruges protongradienten til at danne ATP.

Question 26

Beskriv sammenhæng ml. mitochondriets struktur, transportsystemer og oxidativ fosforylering

Answer 26

Mitochondriets opbygning af foldede membransammensluttede Cristaer, der skaber et stort overfladeareal. Membran foldningerne et tætpakket hvilket øger sandsynligheden for at protoner kan optages/udskilles af protein komplekserne i den indre membran.

M-matrix har en høj koncentration af enzymer.
Den indre membran folder og danner mange cristae der indeholder proteinkomplekser og pumper der spiller stor rolle i OF og ATP syntase.
Den ydre membran har tilgengæld store porer hvor der kan passere store molekyler ud og ind.

Question 27

Tegn ATP synthasen

figur

Answer 27

:)