Djurcellens energiomsättning och intracellulär transport

Question 1

Kan endast kolhydrater användas för energiutvinning? Varför/varför inte?

Answer 1

Nej, Kolhydrater (glukos) används primärt för att det är mest energieffektivt men även lipider används ibland (lagrat fett är en energidepå) - lipider lagrar mer energi per vikt men är svårare att bryta ner????. Även protein kan användas för energiåtvinning men det sker bara i absoluta nödfall (svält). Nästan alla celler på denna jord kan använda glukos för energiutvinning - väletablerad process.

Question 2

Hur lagras energi i växtceller vs djur-/jästceller?

Answer 2

I växtceller lagras energi som stärkelse (amylopectin) och i djur-/jästceller lagras energi som glykogen. Båda dessa polysackarider är ihopsatta med α–(1—>4) och α–(1—>6) bindningar (som kan brytas ned av djurceller till skillnad från cellulosa)

Question 3

Vilka två sätt kan djurceller bryta ned stärkelse på?

Answer 3

1. Utanför cellen med hydrolys: GLUT-proteiner transporterar sedan in glukos genom cellmembranet med underlättad diffusion.
2. Inuti cellen med fosforylys: α–(1—>4) bindningar i glykogen bryts med fosforylys och bildar glukos-1-fosfat som används i början på glykolysen (smart för att första steget i glykolysen hoppas över=sparar energi).

Question 4

Hur triggas energiutvinning från glykogen igång?

Answer 4

När energinivån i cellen är låg binder adrenalin/epinefrin till en receptor på cellen som aktiverar enzymet glykogenfosforylas (som utför fosforylysen) och glykolysen sätter igång.

Viktigt att komma ihåg är att glukos inte bara används till citronsyracykeln utan en stor del av produkter från glykolys tar andra vägar, som lipidsyntes och aminosyrasyntes.

Question 5

Vad är glykolysen och hur fungerar den?

Answer 5

Glykolys är en anaerob process som är det första steget i glukosnedbrytningen i aeroba organismer. Detta sker i cytosolen.

De första reaktionerna i glykolysen förbrukar energi och använder ATP för att fosforylera glukos till glukos-6-fosfat - katalyserat av hexokinas - och sedan fruktos-6-fosfat till fruktos-1,6-bisfosfat - katalyserat av fosfofruktokinas. Kommande steg producerar energi och då är det fruktos-1,6-bisfosfat som klyvs till två trekolsföreningar: glyceraldehyd-3-fosfat, som oxideras till 1,3-bisfosfoglycerat vilket genererar ATP. 1,3-bisfosfoglycerat konverteras sedan till fosfoenolpyruvat (hög energi) som i sin tur hydrolyseras till pyruvat och ATP frigörs. Pyruvatet går sedan in i citronsyracykeln!(eller ombildas till laktat/etanol i anaeroba förhållanden)

Question 6

Hur regleras glykolysen?

Answer 6

Enzymerna som katalyserar dessa två reaktioner - hexokinas respektive fosfofruktokinas - är viktiga reglerande punkter i den glykolytiska vägen. Det viktigaste kontrollelementet är fosfofruktokinas, som hämmas av höga nivåer av ATP. Hämning av fosfofruktokinas resulterar i en ansamling av glukos-6-fosfat, vilket i sin tur hämmar hexokinas. Sålunda, när cellen har en tillräcklig tillgång på metabolisk energi tillgänglig i form av ATP, hämmas nedbrytningen av glukos. Även stor mängd citronsyra hämmar fosfofruktokinas och stor mängd AMP stimulerar fosfofruktokinas.

Question 7

Utvinns energi ur glykolysen?

Answer 7

Ja, anaeroba organismer får hela sin metaboliska energi från glykolysen, och även i djurceller bildar glykolysen netto 2 ATP och 2 NADH under processen. Detta är dock väldig lite frigjord energi i jämförelse med den energi som frigörs i den resterande delen av glukosnedbrytning i aeroba organismer.

Question 8

Glukos behövs i alla celler, men vissa celler är i större behov (tex nervceller). Beskriv en regleringsmekanism som celler i mindre behov använder för att se till att de endast tar upp glukos när de behöver det.

Answer 8

En regleringsmekanism celler som inte ständigt behöver glukos kan använda är att bilda intracellulära vesicklar från membranet med många GLUT-transportproteiner som sedan vid behov (tex insulinsignal) kan transporteras ut till membranet för att möjliggöra intag av glukos i cellen.

Question 9

Hur underlättar hexokinas intransporten av glukos i celler?

Answer 9

Hexokinas underlättar intransporten genom att bilda
glukos-6-PO4 och därmed minska den cytosoliska
glukoskoncentrationen.

Question 10

Laktos (disackarid av galaktos och glukos), sackaros och fruktos är andra sockerarter celler kan använda för energiutvinning. Hur spelar dessa in?

Answer 10

• Laktos är en sockerart som är central i det tidiga livet för däggdjur bla. a.
• Sackaros används för kortvarig lagring och transport av kolhydrater mellan växtceller (djurceller har inte transportprotein för dessa - enzymer behövs)
• Fruktos kommer in först efter de reglerade stegen i glykolysen: stort intag av fruktos leder till ökad lipidsyntetisering.

Question 11

Pyruvat är en central mittpunkt i glykolysen, vilka vägar kan det ta vidare?

Answer 11

Anaeroba förhållanden: fermentation (etanol) eller laktat återbildar NAD+ för att glykolysen ska kunna fortsätta (används inte för energiutvinning).

Aeroba förhållanden: Pyruvat går in i mitokondrien och används i citronsyracykeln för att generera NADH och FADH2 som används för att utvinna energi i elektrontransportkedjan.

Question 12

Vad är coenzym-A och vad är dess roll i glukosnedbrytningen?

Answer 12

Coenzym-A är en bärarmolekyl som binder till pyruvat (Co2 lämnar) och bildar acetyl CoA. ACoA lämnar sedan över acylgruppen till oxaloacetat för att bilda citrat och citronsyracykeln är startad. Coenzym-A agerar även bärarmolekyl i andra metaboliska processer och kan bildas från både kolhydrater och fett och kan användas både kataboliskt och anaboliskt.

Question 13

Hur fungerar citronsyracykeln i stora drag (ange nyckelkomponenter).

Answer 13

Oxaloacetat binder till acylgrupp från Acetyl-coA och bildar citrat. Citrat —> α-kedoglutarat (NAD+ -> NADH) —> A-succinat (NAD+ -> NADH) —-> oxaloacetat (FAD -> FADH2).

Två C atomer avges som CO2, en högenergibindning i GTP bildas (1 ATP) och varje varv av cykeln genererar tre molekyler av NADH och en molekyl av FADH2, båda bärarmolekyler i eletrontransportkedjan.

Question 14

Man säger att aminosyrasyntesen är tight sammankopplad med glukosnedbrytningen, vad menas?

Answer 14

Många nyckelkomponenter i glukosnedbrytningen används för aminosyrasyntes. Tex fosfofenolpyruvat blir Tyr, Phe, Trp.

Question 15

I teorin bör man få ut 38 ATP från en glukosmolekyl. men i praktiken får man ut ca 27-30. Varför?

Answer 15

Det finns många anledningar, tex att allt NADH från glykolysen kan ta sig in i mitokondrien. Framförallt är det omöjligt att beräkna hur mycket ATP som investerats för att skapa gradienter som behövs för att alla komponenter ska ta sig in i mitokondrien.

Question 16

Vad är Glukoneogenes?

Answer 16

Glukoneogenes är syntes av glukos från annat än sockerarter. Glukoneogenes från laktat sker i bl. a . leverceller. Det är vanligt att samma molekyler som stimulerar glykolys inhiberar glykoneogenes så att det inte bara går runt, runt. I flercelliga djur hanteras detta av specialicerade celler då det kräver helt andra enzymer.

Question 17

Stor del av lagrat fett lagras i adipocyter, vad är det?

Answer 17

Adipocyter är fettlagrande celler. Fibroblaster är prekursor som ansamlar fettdroppar och i takt med att mer ansamlas kan cellen svälla, vilket är speciellt för adipocyter. Ansamlingar av adipocyter=vit fett.

Question 18

Vart sker nedbrytningen av lipider i djurceller?

Answer 18

Lipidmetabolism (oxidering av fettsyror) kan ske både i mitokondrier och i peroxisomer. Peroxisomer hanterar längre/svårnedbrytliga fettsyror (kan komma utifrån) och kan ibland skicka vidare enklare fettsyror till mitokondrien för vidare nedbrytning. När peroxisomer bryter ner fettsyror bildas ingen ATP.

Question 19

Hur fungerar energiutvinningen från fett (triglycerider)?

Answer 19

Lipider bryts först ner till glycerol och fettsyror. När fettsyror bryts ner i mitokondrier binder dem till CoA och bildar fatty acyl-CoA. Därifrån klipps fettsyran ned två och två med beta-oxidation vilket ger acetyl CoA + en två kol kortare fatty acyl-CoA varje gång. För varje oxidation genereras en NADH och en FADH2, och acetyl-coA går in i citronsyracykeln.

I peroxisomer bildas också Acetyl-CoA som går in i citronsyracykeln i mitokondrier.

Question 20

Vad är mest effektivt för energiutvinning, glykogen eller triglycerider? Motivera.

Answer 20

Eftersom triglycerider (fett) är mer reducerade än kolhydrater genererar oxidation av fett mer energi än oxidering av socker. Nedbrytning av en 16-kols triglycerid genererar netto ca 130 ATP medan nedbrytning av en glukos ger netto 38 ATP. Per gram molekyler generar alltså fetter nära 2,5 gånger mer energi. Lipidmetabolismen är dock långsammare än glykogennedbrytningen.

Question 21

Kan fettsyror användas för kolhydratsyntes i djurceller? Varför/varför inte?

Answer 21

Nej, fettsyror används inte för kolhydratsyntes i djurceller. Det behöver finnas kolhydrater i cellen för att citronsyracyklen ska fungera, men under varje cykel avgår två kolatomer i form av koldioxid, vilket gör det ineffektivt att använda den för kolhydratsyntes. Men en annan del av triglyceriden kanske kan användas? Glycerol

Question 22

Sammanfatta cellrespirationen i dess fyra steg.

Answer 22

1. Glykoys: glukos bryts ner steg för steg i enzymkatalyserade reaktioner för att till sist bilda trekolsföreningen pyruvat som transporteras in i matrix av mitokondrien.
2. Pyruvat oxidation: förberedande steg där NAD+ reduceras till NADH och en kolatom lämnar som CO2 för att skapa Acetyl-COA som går in i nästa steg (tvåkolsförening). Detta steg katalyseras av enzymkomplexet pyruvat dehydrogenas.
3. Citronsyracykeln: Acetyl-CoA lämnar över acylgruppen (tvåkolsföreningen) till oxaloacetat och bildar citrat och sedan sker en rad reaktioner där massa intermediärer oxideras för att utvinna 3 NADH, 1 FADH2 och 1 ATP (x2 för en hel glukosmolekyl) och sist återskapas oxaloacetat och cykeln kan börja om.
4. Elektrontransportkedjan: De reducerade elektronbärarna NADH och FADH2 lämnar över sina elektroner till molekyler i början av elektrontransportkedjan, och e- färdas sedan genom kedjan i en serie redoxreaktioner där de stegvis tappar energi. Den energi som avges går åt att pumpa ut protoner från matrix till det intermembrana utrymmet vilket skapar en protongradient över det inre membranet. I slutet på kedjan överförs elektronerna molekylärt syre och skapar vatten. Protoner strömmar sedan in med sin gradient och driver ett ATP-syntas som skapar ATP från ADP.

Question 23

Vilka tre domäner består det endoplasmatiska nätverket (ER=endoplasmatic reticulum) av?

Answer 23

sER (Smooth ER) - lipidsyntes och syntes samt metabolism av fettlösliga ämnen som tex steroler, eller fettlösliga gifter.
rER (Rough ER) - proteinsyntes
“övergångsdelen” - transport av vesicklar

Question 24

Vad händer i celler om antalet felvikna/ovikna proteiner stiger kraftigt?

Answer 24

Unfolded protein response (UPR) triggas vilket får ER att expanderas och fler chaperoner och liknade genereras för att möta behoven av cellen. Om detta inte hjälper och UPR fortsätter vara aktivet leder det till programmerad celldöd.

Question 25

sER hanterar inte bara syntes v lipider och fettlösliga ämnen, vad mer har det för funktion?

Answer 25

Smooth ER är inblandad i lipidmetabolism som tex nedbrytning av fettlösliga gifter (gör dem mer vattenlösliga så att de inte ackumuleras) och annan lipidnedbrytning.

Question 26

Redogör för de generella funktionerna som Golgiapparaten har.

Answer 26

Golgiapparaten fungerar som en fabrik som vidare processerar och märker proteiner för vidare transport i den sekretoriska vägen, vidare till lysosomer, sekretion eller till plasmamembranet. Sphingomyelin och glykolipider som ska till plasmamembranet syntetiseras också i Golgi. I växt- och jästceller syntetiserar även Golgi de komplexa polysackarider som bygger upp cellväggen.

Question 27

Förklara kort hur Golgiapparaten är uppbyggd.

Answer 27

I de flesta celler är Golgi uppbyggd av tillplattade membranombundla säckar och deras associerade vesiklar. Golgiapparaten är polariserad med en cis-sida, mittdel och en trans-sida som var och en har egna funktioner. Vesiklar som kommer från ERs intermediära del smälter ihop med golgimembranet på cis-sidan, går sedan igenom mittdel och går ut på trans sidan genom transgolginätverket för vidare transport. Under vägen genom golgi modifieras proteiner och fosfolipider med enzymer och sorteras/taggas sedan i TGN för att nå rätt destination.

Question 28

Vilka processer resulterar i att glykolipider och sfingomyelin hittas i den yttre - men inte den inre - halvan av plasmamembranets dubbelskikt?

Answer 28

Glykolipider och sfingomyelin syntetiseras inuti golgi och hamnar därför i det lumenala membranet. Dessa kan inte translokeras till det cytosoliska lagret med flippaser, så när vesikeln som innehåller dessa sedan bud off och smälter ihop med plasmamembranet resulterar detta i att de endast återfinns i det yttre lagret på plasmamembranet.

Question 29

Vilka typer av endocytos finns?

Answer 29

Fagocytos: cellen tar in större partiklar
Pinocytos: cellen tar in en vesikel där vätska medföjer kan vara Clathrin-beroende endocytos: får cellen att bukta ut för att ta in (tex caveolae) och receptorförmedlad endocytos: tex järn eller kolesterolupptag.

Question 30

Vart får kloroplaster, cellkärna, mitokondrie och peroxisomer sina proteiner ifrån?

Answer 30

Dessa är inte med i det membrana systemet, så proteinerna som ska till dessa syntetiseras direkt i cytosolen.