Kapittel 5 - Mikrobiell metabolisme Flashcards
Hva er metabolisme?
Summen av alle kjemiske reaksjoner i en levende celle
Hva er katabolisme?
Katabolisme = biokjemiske reaksjoner som bryter ned komplekse organiske molekyler.
- Leder til produksjon av ATP
- Danner avfallsprodukter
Eksempel: Glukose brytes ned til CO2 og vann
Ofte hydrolytiske reaksjoner (forbruker vann)
Skaffer byggesteiner til anabolske reaksjoner
Hva er anabolisme?
Anabolisme = biosyntetiske reaksjoner i cellen
- Energikrevende reaksjoner, får ofte energi fra ATP
- Fører til oppbygging av cellekomponenter
- Dannelse av proteiner fra aminosyrer,
karbohydrater fra monsakkarider++
- Ofte dehydreringsreaksjoner (frigjør vann)
Hva er et enzym?
En katalysator, som øker hastigheten på spesifikke reaksjoner eller grupper av reaksjoner uten selv å bli forbrukt
Består av proteiner
Hva gjør enzymer?
- Binder substratene i det aktive setet
- Posisjonerer substratet relativt til de katalytisk aktive
gruppene (aminosyrene). - Dette gjør reaksjonshastigheten 10-1000 millioner
raskere - Enzymer har en optimumstemperatur. Over maksimumstemperaturen blir enzymene ødelagt (denaturert)
Inhibering (hemming) av enzymer
Konkurrerende: (kompetetiv)
- Konkurrerende inhibitor festes i aktivt sete
- Substrat kan da ikke bindes til aktivt sete
Ikke-konkurrerende: (non-kompetetiv)
- Ikke-konkurrerende-inhibitor festes til allosterisk sete
- Dette forandrer det aktive setet slik at substrate ikke kan bindes til enzymet
Tilbakekobling / feedback inhibering
Et enzym katalyserer for en reaksjon, som starter en serie av reaksjoner. Endeproduktet virker som inhibitor på enzymet og reaksjonen stopper.
Konsentrasjonen av endeproduktet bestemmer produksjonsraten.
Nedbryting av karbohydrater til energi (ATP)
Prokaryote
- i Plasma-membran og Cytoplasma
- Glykolysen
- Sitronsyresyklusen=Krebs syklus =TCA syklus
- Elektrontransportkjeden
Oksidasjon og reduksjon?
Oksidasjon: fjerning av elektroner
Reduksjon: opptak av elektroner
- Red-oks reaksjoner er oksideringsreaksjon
paret med reduksjonsreaksjon
- Oksidasjon er alltid assosiert med overføring av
energi fra det oksiderte molekylet til det reduserte
I biologiske systemer, er elektroner ofte assosiert med hydrogenatomer. Biologisk oksidasjon er derfor ofte dehydrogeneringsreaksjoner
NADH(NAD+), FADH(FAD+) og NADPH(NADP+) er viktige elektronbærere
For at mest mulig av energien som frigjøres bindes i ATP, skjer nedbrytningen i mange trinn. (at minst mulig av energien tapes som varme)
ATP
ATP er energibærer og transportør i cellen
Nedbryting av fett, karbohydrater, proteiner gir energi som fanges opp, ADP omdannes til ATP
Hva er fosforyllering? Ulike metoder i cellen
- Addering av en fosfatgruppe kalles fosforylering
- Energi som frigjøres fra nedbryting av sukker, fett og proteiner går
fra ADP til ATP
Tre mekanismer for fosforylering av ADP
- Substratnivåfosforylering
(fermentering/glykolysen/sitronsyresyklusen)
- Direkte overføring av Pi fra en fosforylert
organisk forbindelse til ADP
- Oksidativ fosforylering-(membran, PMF, ETK)
- Fotofosforylering-(membran, PMF, ETK)
Respirasjon vs fermentering
Det er to nedbrytningsveier respirasjon og fermentering
Begge starter med glykolyse, men
- Respirasjon krever ekstern elektronakseptor(feks O2)
Respirasjon fortsetter med sitronsyresyklus og elektrontransport-kjede
Fermentering benytter ”egen ” organisk forbindelse som endelig elektron akseptor. Bryter ned puryvat til melkesyre eller etanol
Aerob respirasjon: - Endelig elektronakseptor i elektrontransportkjeden er oksygen (O2)
Anaerob respirasjon:
- Endelig elektronakseptor i elektrontransportkjeden
er ikke O2
- Gir litt mindre utbytte enn aerob respirasjon fordi
elektronakseptoren er mindre elektro-negativ
Glykolysen
Et molekyl glukose (C6) brytes ned (oksideres) til to molekyler pyruvat (pyrodruesyre) (C3)
- Produserer 2 ATP og 2 NADH.
Krever ikke oksygen
1) Energikonserverende fase
- 2 ATP forbrukes
- Glukose splittes i 2 glyceraldehyd-3-fosfat
- Ingen redoks-reaksjon så langt
2) Kobling av fosforylering og oksidasjon
- reduktive energi(2NAD+2NADH)
- 2 Glyceraldehyd-3-fosfat (GP)
oksideres til 2 pyruvat
- 4 ATP dannes
- Sub.-nivå fosforylering
- 2 NADH dannes
3) Energifrigjøring
- 4 ATP
Pyruvat (fra glykolysen) tar ikke direkte del i sitronsyresyklusen
Pyruvat oksideres og dekarboksyleres til actyl CoA
Actyl CoA blir også dannet ved nedbryting av fett og aminosyrer(proteiner)
Sitronsyresyklusen (Krebssyklus)
- Alle reaksjoner har egne enzymer
- De to karbonene i acetyl-CoA frigjøres som CO2(fullstendig oksidering av pyruvat)
- Substratoksidering fører til dannelse av reduktiv kraft; 3 NADH og 1 FADH
- Dannes 1 GTP (samme energi som ATP)
- NADH og FADH går videre til
elektrontransportkjeden, hvor “mye” ATP dannes ved
kjemiosmose - Gir viktige byggesteiner
Elektrontransportkjeden
En serie bærermolekyler oksideres og reduseres ettersom elektronene passerer ”nedover” i kjeden
Energien som frigis kan benyttes til å produsere ATP ved kjemiosmose (oksidativ forforylering)
De ulike metabolske trinnene
Eukaryot Prokaryot
Glykolysen: Cytoplasma Cytoplasma
Mellomtrinn - Puryvat til Acetyl-CoA:
Cytoplasma Cytoplasma
Sitronsyresyklus: Mitokondrie matrix Cytoplasma
Elektrontransportkjeden:
M. indre membran Cellemembran
Substratnivå fosforylering
Substrat-nivå fosforylering er direkte overførsel av en energirik PO4- gruppe fra et organisk molekyl til ADP.
Oksidativ fosforylering
- Foregår i plasmamembranen (prokaryote) eller i mitokondriene: elektrontransport-kjeden.
- Effektiv ATP produksjon - Elektroner transporteres fra en organisk forbindelse(sukker) —> (NAD+ eller FADH) —> oksygen eller en annen uorganisk elektronmottaker (elektronakseptor).
- Elektronoverføringen fører til dannelse av PMF som benyttes til å lage ATP når H+ transporteres tilbake over membranen via ATPase
PROTON MOTIVE FORCE (PMF)
Fotofosfyorylering
- ATP lages med energi fra sollys
- Klorofyll fanger opp solenergi slik at elektroner blir eksitert (får høyere energi)
- Energien som frigis (oksidasjon av klorofyllet) overføres i et system av bærermolekyler og benyttes til å generere ATP
Fermentering
- Alkoholfermentering(gjær)
- Produserer etanol + CO2 - Melkesyregjæring(bakterier, G+)
- Homofermentativ; bare melkesyre(laktat) som
sluttprodukt
- Heterofermentativ; melkesyre og andre syrer
eller alkoholer som sluttprodukter
Gangen i fermentering
- Melkesyrebakterier, gjær
- 2 molekyler ATP per molekyl glukose
- Mye uutnyttet energi i endeproduktene
- Ingen elektrontransportkjede
- NADH kan brukes i anabolske reaksjoner
Sammenligning av aerob respirasjon, anaerob respirasjon og fermentering
Aerob Resp: O2 som elektronakseptor
- Aerobe forhold
- Danner 36(eukaryot)/38(prokaryot) ATP ved:
- Oksidativ og substratnivå fosforylering
Anaerob resp: NO3(-), SO4(2-), PO4(3-) som el-akseptor
- Anaerobe forhold
- Danner mellom 2 - 38 ATP ved:
- Oksidativ og substratnivå fosforylering
Fermentering: organisk molekyl som el-akseptor
- Anaerobe forhold
- Danner 1 - 2 ATP ved:
- Substratnivå fosforylering
Fotosyntese
Fotosyntesen deles i to klasser;
- Lysreaksjonen: fanger lysenergi som lagres som ATP
- Fotosystem II:Vann spaltes 2H2O→O2+4H++4e-
- Fotosystem I: danner reduktiv kraft; NADPH
- ATP dannes ved fotofosforylering
- Mørkereaksjonen: Forbruker ATP til å syntetisere
karbohydrater ved å redusere CO2- Fiksere CO2 til sukker
- Benytter ATP og NADPH
- (12 ATP og 12 NADPH for å lage 1 Glukose)
Fotoautotrofe: Bruker CO2 som karbonkilde
- Oksisk fotosyntese: H2O er elektrondonor —> O2
- Alger og cyanobakterier - Anoksisk fotosyntese: Produser ikke O2
- H2S, eller succinat som elektrondonor
- Anarobe mikroorganismer
- Eks: Grønne og purpur bakterier
Fotoheterotrofe: Bruker alkoholer, fettsyrer eller karbohydrater som karbonkilde
- Anarobe organismer
- Eks: Grønne og purpur ikke-svovelbakterier
Kjemoautotrof: Bruker CO2 som karbonkilde
- Kjemisk energikilde
- Jernoksiderende bakterier
Kjemoheterotrof
- Fermentative bakterier
- Dyr, protozoer, sopp, bakterier
