Djurcellens energiomsättning och intracellulär transport Flashcards
Kan endast kolhydrater användas för energiutvinning? Varför/varför inte?
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.
Hur lagras energi i växtceller vs djur-/jästceller?
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)
Vilka två sätt kan djurceller bryta ned stärkelse på?
- Utanför cellen med hydrolys: GLUT-proteiner transporterar sedan in glukos genom cellmembranet med underlättad diffusion.
- 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).
Hur triggas energiutvinning från glykogen igång?
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.
Vad är glykolysen och hur fungerar den?
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)
Hur regleras glykolysen?
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.
Utvinns energi ur glykolysen?
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.
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.
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.
Hur underlättar hexokinas intransporten av glukos i celler?
Hexokinas underlättar intransporten genom att bilda
glukos-6-PO4 och därmed minska den cytosoliska
glukoskoncentrationen.
Laktos (disackarid av galaktos och glukos), sackaros och fruktos är andra sockerarter celler kan använda för energiutvinning. Hur spelar dessa in?
- 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.
Pyruvat är en central mittpunkt i glykolysen, vilka vägar kan det ta vidare?
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.
Vad är coenzym-A och vad är dess roll i glukosnedbrytningen?
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.
Hur fungerar citronsyracykeln i stora drag (ange nyckelkomponenter).
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.
Man säger att aminosyrasyntesen är tight sammankopplad med glukosnedbrytningen, vad menas?
Många nyckelkomponenter i glukosnedbrytningen används för aminosyrasyntes. Tex fosfofenolpyruvat blir Tyr, Phe, Trp.
I teorin bör man få ut 38 ATP från en glukosmolekyl. men i praktiken får man ut ca 27-30. Varför?
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.
Vad är Glukoneogenes?
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.
Stor del av lagrat fett lagras i adipocyter, vad är det?
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.
Vart sker nedbrytningen av lipider i djurceller?
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.
Hur fungerar energiutvinningen från fett (triglycerider)?
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.
Vad är mest effektivt för energiutvinning, glykogen eller triglycerider? Motivera.
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.
Kan fettsyror användas för kolhydratsyntes i djurceller? Varför/varför inte?
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
Sammanfatta cellrespirationen i dess fyra steg.
- Glykoys: glukos bryts ner steg för steg i enzymkatalyserade reaktioner för att till sist bilda trekolsföreningen pyruvat som transporteras in i matrix av mitokondrien.
- 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.
- 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.
- 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.
Vilka tre domäner består det endoplasmatiska nätverket (ER=endoplasmatic reticulum) av?
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
Vad händer i celler om antalet felvikna/ovikna proteiner stiger kraftigt?
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.
