Lopputentti Flashcards
Mikä entsyymi voi muuttaa ammoniakin orgaaniseksi molekyyliksi?
Glutamaatti dehydrogenaasi
Ureakierto on ihmisen pääasiallinen typen poistaja. Siinä sitrullini vaihdetaan _____ mitokondrian kalvon läpi.
Ornitiiniin
Mikä kudoksista on eninten riippuvainen glukoosista energianlähteenä? Aivot, lihakset, sydän vai maksa?
Aivot
ω-oksidaatio ja sen tapahtumapaikka
β-oksidaatiolle vaihtoehtoinen reitti on ω-oksidaatio, mutta tämä on nisäkkäillä paljon vähäisempi ja valtaosa rasvahapoista käy läpi β-oksidaation.
ω-oksidaatiossa rasvahappoja hapetetaan niiden ketjun pään ω-hiilestä, joka on kauimmainen hiili rasvahapon karboksyyliryhmästä.
Reitti tapahtuu selkärankaisilla maksa- ja munuaissolujen SOLULIMAKALVOSTOISSA ja lähinnä 10–12 hiilen rasvahapoille.
Maksan toiminnan selvittämiseksi mitataan plasman _____
alaniiniaminotransferaasia (P-ALAT)
ALAT-pitoisuuden määritys veriplasmasta on ensisijainen maksasoluvaurion tai -tulehduksen seulontatutkimus.
Huom! Myös P-ASAT arvoa mitataan maksan toiminnan selvittämisessä, mutta nykyisin hieman vähemmän, koska se ei kerro maksan tilanteesta tarpeeksi tarkasti.
ASAT eli aspartaattiaminotransferaasi on entsyymi, jota esiintyy suurina määrinä sydänlihaksessa, luustolihaksissa sekä maksasoluissa ja pienempinä määrinä punasoluissa, haimassa sekä munuaisissa. Kun aspartaattiaminotransferaasia sisältävässä kudoksessa ilmenee vaurio, aspartaattiaminotransferaasia siirtyy verenkiertoon ja sen pitoisuus nousee suorassa suhteessa vaurioituneiden solujen määrään.
Minkä aminohappojen hiilirungot voivat metabolitua täysin vedeksi ja hiilidioksidiksi sitruunahappokierrossa?
Isoleusiini, leusiini ja fenyylialaniini
Mitkä ovat tärkeimmät aminoryhmiä kuljettavat aminohapot veressä?
Alaniini ja glutamiini
Huom! EI glutamaatti!!!!
Glykolyysistä peräisin oleva soluliman NADH ei voi siirtyä suoraan mitokondrion elektroninsiirtoketjuun. Mitä metaboliittejä käytetään pelkistettyjen ekvivanttien siirtämiseen mitokondrion matriksiin?
Malaattia ja glyseroli-3-fosfaattia
Huom! Muista että oksaloasetaatti ei voi kulkeutua sisäkalvon läpi, vain malaatti ja aspartaatti voi.
Sytosolissa OAA pelkistyy malaatiksi ja (NADH -> NAD+). Malaatti voi kulkea mitokondrion kalvojen läpi. Matriksissa malaatti hapettuu OAA:ksi ja (NAD+ -> NADH). Nyt NADH:ta on mitokondrion matriksissa ETC:tä varten.
OAA voidaan tämän jälkeen transaminoida aspartaatiksi, joka voi kulkeutua mitokondrion kalvojen läpi solulimaan. Solulimassa aspartaatti voidaan transaminoida OAA:ksi.
G3P shuttle
In this shuttle, the enzyme called cytoplasmic glycerol-3-phosphate dehydrogenase 1 (GPDH-C) converts dihydroxyacetone phosphate (2) to glycerol 3-phosphate (1) by oxidizing one molecule of NADH to NAD+ as in the following reaction. Glycerol-3-phosphate gets converted back to dihydroxyacetone phosphate by an inner membrane-bound mitochondrial glycerol-3-phosphate dehydrogenase 2 (GPDH-M), this time reducing one molecule of enzyme-bound flavin adenine dinucleotide (FAD) to FADH2. FADH2 then reduces coenzyme Q (ubiquinone to ubiquinol) which enters into oxidative phosphorylation.[3] This reaction is irreversible.
Mikä on glukoosimetabolian ensimmäinen reaktio ja mikä sen merkitys on?
Glukoosin fosforylaatio glukoosi-6-fosfaatiksi (G6P). Merkitys: se sitoo glukoosin kyseisen solun metaboliaan (koska fosforyloiduille sokereille ei ole kuljettajaa solukalvon läpi, joten G6P jää soluun sisään).
Mikä tila on todennäköinen yhden illan runsaan alkoholin kulutuksen jälkeen?
Laktaattiasidoosi
Alkoholin metabolia
Alkoholi metaboloituu maksassa, joko peroksisomissa tai sytosolissa. Peroksisomissa etanoli voi reagoida vetyperoksidin kanssa (katalaasi entsyymi), muodostaen vettä ja asetaldehydiä. Sytosolissa taas alkoholidehydrogenaasi hapettaa etanolin asetaldehydiksi ja samalla pelkistää NAD+ NADH:ksi. Näistä reaktioista asetaldehydi kulkeutuu mitokondrioon, jossa aldehydidehydrogenaasi hapettaa asetaldehydin asetaatiksi, ja samalla pelkistää NAD+ NADH:ksi.
Etanolin käyttö johtaa siis NADH:n kertymiseen. Korkea NADH konsentraatio inhiboi glukoneogeneesia estämällä laktaatin hapettumisen pyruvaatiksi (laktaatin hapettuminen laktaattidehydrogenaasin avulla vaatisi NAD+, joka voisi samalla pelkistyä NADH:ksi). Tämän takia laktaatti kertyy soluun, aiheuttaen laktaattiasidoosin ja hypoglykemian. Lisäksi, korkea NADH pitoisuus aiheuttaa OAA:n reagoimisen (pelkistymisen) malaatiksi, jolloin NADH hapettuu NAD+:ksi. Tämä vähentää myös glukoneogeneesia.
NADH:n korkea konsentraatio inhiboi myös rasvahappojen hapetusta, koska hapetuksessa tarvitaan NAD+:aa, jota ei nyt ole. Rasvahappojen hapetuksen (oksidaation) tarkoituksena on siis tuottaa NADH:ta ATP:n tuotantoon ETC:ssä. Korkea NADH konsentraatio sen sijaan aktivoi rasvahappojen synteesiä, koska siinä on lähtöaineena NADH. Tämä aiheuttaa triasyyliglyserolien kertymistä maksaan, joka johtaa rasvamaksaan.
Lapsi tuodaan lääkäriin polyurian ja polydipsian takia. Laboratoriotutkimukset osoittavat ketoneja virtsassa. Mikä on ketonien todennäköisin lähde?
Rasvahappojen hajotus
Ketoaineita ovat beetahydroksivoihappo, asetoasetaatti ja asetoni. Happamia ketoaineita eli ”happoja” syntyy maksassa, kun elimistö tuottaa energiaa polttamalla rasvoja. Rasvan poltto lisääntyy paastossa ja erittäin vähähiilihydraattisessa ruokavaliossa sekä insuliinin puutoksessa.
Mekanismi: Normaalisti kylläisenä keho hajottaa hiilihydraatteja energiaksi eli tapahtuu glykolyysiä. Hiilihydraattien alisaannissa (esim. ketogeeninen ruokavalio) tai nälkiintymisessä rasvakudoksesta vapautuu normaalia enemmän vereen rasvahappoja eli tapahtuu lipolyysiä. Rasvahapot päätyvät maksan ketogeneesiin, jossa ne muuntuvat lähinnä asetoasetaatiksi ja 3-hydroksibutyraatiksi, mutta myös pieneksi määräksi asetonia. Monet ketoaineet ovat happamia ja laskevat siten veren pH-arvoa. Ketoaineita tuotetaan, sillä aivot voivat käyttää energiaksi vain joko glukoosia eli verensokeria tai ketoaineita.
Diabetes mellitus -sairauksissa ilmenee hyperglykemia, sillä kehon solut eivät pysty enää riittävissä määrin ottamaan verensokeria sisäänsä muun muassa energian tuottamiseksi. Energian tuoton takaamiseksi keho tuottaa runsaasti ketoaineita.
Miksi? Paastossa rasvakudosta pilkotaan ja rasvahappojen tarjonta ylittää TCA-syklin kapasiteetin. Asetyyli-KoA:sta valmistetaan ketoaineita
- Runsas asetyyli-CoA:n määrä inhiboi PDH-kompleksia ja aktivoi pyruvaattikarboksylaasia, jolloin pyruvaatti muutetaan OAA:ksi ja käytetään glukoneogeneesiin ==> Sykliin tuleva asetyyli-CoA kanavoidaan ketogeneesiin
- Beta-oksidaatiossa syntynyt runsas NADH:n määrä muuttaa OAA:ta enemmän malaatiksi, mikä myös vahvistaa asetyyli-CoA:n käyttämistä ketogeneesiin.
- Hoitamattomassa diabeteksessä insuliinitaso alhaalla, kudokset eivät kykene ottamaan glukoosia verestä tehokkaasti ==> ketoosi ja ketoasidoosi (ketoaineet ovat happoja, joten laskevat veren pH:ta)
Mitä sydänsolussa tapahtuu sydäninfarktin aiheuttaman hapenpuutteen seurauksena, elektroninsiirtoketjun näkökulmasta?
Mitokondrion protonipumput hidastuvat ja ATP:n synteesi oksidatiivisessa fosforylaatiossa vähenee.
Mitä tarkoittaa oksidatiivisen fosforylaation irtikytkentä?
Mitokondrion ATP:n tuotto ei ole suhteessa mitokondrion hapenkulutukseen
Mihin prosesseihin mitokondrio käyttää kalvopotentiaalia?
ATP:n tuotto, lämmön tuotto ja metaboliittien kuljetus
Mikä emäksistä (metyyliguaniini, fluorourasiili, hydroksimetyylisytosiini, metyylisytosiini) ei normaalisti esiinny DNA:ssa?
Fluorourasiili (solunsalpaajalääke)
Mistä punasolut saavat energiaa?
Anaerobisesta glykolyysistä
Glukoosirasitustestissä lepotilassa oleva henkilö nauttii suuren määrän glukoosia. Jos aineenvaihdunta toimii normaalisti, seurauksena on ______ aktivoituminen maksassa.
glykogeenisyntaasin
Ovatko glykolyysi ja glukoneogeneesi reversiibeleitä vai irreversiibeleitä reaktioita?
Irreversiibeleitä
Mitä rasvahappojen oksidaatiossa tapahtuu lyhyesti?
Oksidaatio, hydrataatio, oksidaatio ja C-C sidoksen purku
Johtaako seuraava reaktio ana- vai katapleroosiin?
pyruvaatti + CO2 + ATP -> oksaloasetaatti + ADP
Anapleroosiin
Millainen reaktio ATP-syntaasissa tapahtuu fysiologisissa olosuhteissa?
ADP + Pi + kalvopotentiaali -> ATP + lämpöä
Millainen reaktio tapahtuu mitokondrion hengitysketjussa aerobisissa olosuhteissa?
NADH + O2 -> NAD + H2O + kalvopotentiaali
Rasvahappojen biosynteesiin tarvitaan asetyyli-KoA:ta, joka kuljetetaan mitokondriosta sytoplasmaan _____
sitraattina
Mikä Krebsin syklin välituotteista käytetään porfyriinien ja hemi-ryhmien biosynteesin lähtöaineena?
sukkinyyli-KoA
Johtaako seuraava reaktio ana- vai katapleroosiin?
alfa-ketoglutaraatti + NAD + ammoniumioni -> glutamaatti + NADH
katapleroosiin
Mikä seuraavista ei osallistu mitokondrion hengitysketjun reaktiosarjaan?
hemi b562, lipoiinihappo, rauta-rikkiklusterit, Cu2+
lipoiinihappo
Mitä lähtöaineita pentoosifosfaattireittiin tarvitaan
glukoosi-6fosfaatti ja NADP+
Pentoosifosfaattireitti on hyvin tärkeä biosynteesin näkökulmasta. Pentoosifosfaattireitin tärkeimpiä tuotteita ovat
1) NADPH: eliöt tarvitsevat tätä pelkistimeksi moniin reaktioihin esim. rasvahapposynteesiin, kolestrolimetaboliaan, nukleotidisynteesiin ja neurotransmitterisynteesiin. Yhdiste on myös tärkeä oksidatiivisen stressin torjunnassa.
2) Riboosi-5-fosfaatti, jota eliöt käyttävät nukleiinihappojen ja nukleotidien synteesissä, kuten DNA, RNA, ATP, NAD+, FAD ja CoA synteeseissä.
Vaiheet:
1. Kun glykolyysin alussa glukoosi on fosforyloitun glukokinaasin toimesta G6P:ksi, se hapetetaan 6-fosfoglukonolaktoniksi. Samalla NADP+ pelkistyy NADPH:ksi. Entsyyminä glukoosi-6-fosfaaatti-dehydrogenaasi.
- 6-fosfoglukonolaktoniin lisätään vettä, jolloin muodostuu 6-fosfoglukonaatti. Entsyyminä laktonaasi.
- 6-fosfoglukonaatti hapettuu ribuloosi-5-fosfaatiksi (samalla NADP+ pelkistyy NADPH:ksi). Huom! Tässä kohtaa 6-fosfoglukonaatista myös poistuu CO2, koska ribuloosi-5-fosfaatissa on vain 5 hiiltä (dekarboksylaatio reaktio). Entsyyminä 6-fosfoglukonaatti dehydrogenaasi.
Seuraavaksi, riippuen entsyymistä ribuloosi-5-fosfaatista voi tulla kaksi eri molekyyliä:
- Isomeraasi-entsyymi: muodostuu riboosi-5-fosfaattia (ketoni muotoinen ribuloosi-5-fosfaatti muuttuu aldehydi muotoiseksi riboosi-5-fosfaatiksi)
- Epimeraasi-entsyymi: muodostuu xyloosi-5-fosfaati
Tämän jälkeen transketolaasi-entsyymillä riboosi-5-fosfaatti ja xyloosi-5-fosfaatti annetaan reagoida -> jolloin muodostuu glyseraldehydi-3-fosfaattia (GA3P) ja seduloheptaasi-7-fosfaattia.
Huom! GA3P on glykolyyissä esiintyvä molekyyli (kun fruktoosi-1,6-bisfosfaatti jakaantuu kahdeksi) eli GA3P voisi mennä glykolyysiin (tai glukoneogeneesiin) jos tarve.
GA3P voi myös reagoida seduloheptoosi-7-fosfaatin kanssa muodostaen fruktoosi-6-fosfaattia (glykolyysin välituote) ja erytroosi-4-fosfaattia.
Mistä ‘reitistä’ tyydyttyneiden rasvahappojen ja nukleosiidien biosynteesi on hyvin riippuvainen?
pentoosifosfaattireitistä
Minkä elektroninsiirtoketjun proteiineihin hemisynteesi ei vaikuta?
Kompleksi I:en
Missä aineenvaihdunnan reitissä esiintyy sitrulliini?
Urea sykli
Esim. alaniini + aKG pyruvaatti + glutamaatti, josta glutamaatti kuljetetaan maksaan.
Maksassa glutamaatti hapetetaan (ja NADP+ pelkistyy NADPH), samalla lisätään vettä, jolloin glutamaatti muuttuu takaisi aKG:ksi ja NH3 irtoaa. Entsyyminä: glutamaatti dehydrogenaasi.
- NH3 voi yhdistyä H+ kanssa, muodostaen NH4+, joka viedään mitokondrioon sisälle. Mitokondriossa se reagoi HCO3- kanssa (tarvitsee myös ATP), muodostaen karbamyylifosfaattia. Entsyyminä karbamyylifosfaattisyntetaasi-1 eli CPS-1.
- Ornitiini otetaan matriksiin sisällä, jolloin yksihiilisestä karbamyylifosfaatista ja 5-hiilisestä ornitiinista muodostetaan 6-hiilistä sitrulliinia, karbamyylifosfaatin fosfaattiryhmä vapautuu. Entsyyminä ornitiini trans-karbamoylaasi eli OTC. Sitrulliini kuljetetaan matriksista sytosoliin.
- Malaatti-aspartaatti-shuttlen aspartaatti, joka on poistunut mitokondrion matriksista sytosoliin, reagoi sitten sitrulliinin kanssa, muodostaen argininosukkinaattia. Entsyyminä argininosukkinaattisyntetaasi.
- Argininosukkinaatista leikataan irti fumaraatti, jolloin saadaan arginiinia. Entsyyminä argininosukkinaattilyaasi. Saatu fumaraatti voidaan muuttaa malaatiksi ja käyttää uudelleen hyödyksi monissa reaktioissa:
i. Malaatti voidaan kuljettaa mitokondrioon malaatti-aspartaattishuttlen kautta ja käyttää siellä anapleroottisesti TCA:ssa ja hapettaa oksaloasetaatiksi, jolloin sitä voidaan käyttää glukoneogeneesissä.
ii. Malaatista saatu oksaloasetaatti voidaan muuttaa aspartaatiksi transaminaatiolla ja siten hyödyntää uudelleen ureasyklissä. - Arginiini hydrolysoidaan ornitiiniksi ja UREAKSI käyttäen H2O, entsyyminä arginaasi. Arginaasia löytyy pelkästään maksasta, joten vain maksa pystyy pilkkomaan ureaa arginiinista. Urea voidaan tämän jälkeen kuljettaa munuaisille, jossa se eritetään virtsaan -> NH3 on saatu poistettua kehosta
Koska ammoniakka (ja jossain määrin ureakin) ovat hyvin myrkyllisiä keholle, ureasyklin entsyymien toiminta on kriittistä!
Huom! Sitrulliini voidaan kuljettaa mitokondriosta sytosoliin ja ornitiini takaisin, joten kaksi ensimmäistä vaihetta sitrulliiniin asti tapahtuvat matriksissa, välissä tapahtuvat vaiheet sytosolissa ja ornitiinin muokkaaminen sitrulliiniksi taas matriksissa.
2
Missä aineenvaihdunnan reitissä esiintyy karnitiini?
rasvahappojen b-oksidaatio
Karnitiini kuljettaa aktiivisia rasvahappoja eläinsolun sytoplasmasta mitokondrioon. Mitokondrioissa rasvahapot pilkkoutuvat hengitysreaktiossa.
Missä aineenvaihdunnan reitissä esiintyy fumaraatti?
sitruunahappokierto
Reaktiot 7 ja 8:
- Sukkinaatista fumaraattia hapetusreaktion avulla. Entsyyminä sukkinaatti dehydrogenaasi (ETC:n kompleksi 2). Muodostuu FADH2.
- Fumaraatista saadaan malaattia lisäämällä siihen vesimolekyyli fumaraasin avulla.
Missä aineenvaihdunnan reitissä esiintyy b-hydroksivoihappo?
ketogeneesi
Asetoasetaatti ja hydroksivoihappo (+asetoni) ovat ketoaineita. Ketogeneesin vaiheita ovat
1) Beta-oksidaatiosta paljon asetyyli-CoA:ta, josta saadaan joko ketjun neljästä viimeisestä hiilestä tai kaksi molekyyliä tiolaasilla yhdistämällä asetoasetyyli CoA:ta.
2) HMG-CoA (kolme asetyyli CoA:ta) syntaasilla ketjuun kondensoidaan veden avulla kolmas asetyyli CoA.
3) HMG-CoA lyaasi leikkaa yhden asetyyli CoA:n irti, saadaan asetoasetaattia.
4) Asetoasetaatista saadaan pelkistettyä hydroksivoihappoa. NADH hapettuu NAD+:ksi. NADH/NAD+ tasapaino määrää molekyylien väliset suhteet, paaston runsas NADH-pitoisuus suosii hydroksivoihapon muodostumista.
5) Asetoasetaatti hajoaa spontaanisti asetoniksi, hiilidioksidi lohkeaa.
Missä aineenvaihdunnan reitissä esiintyy hydroksifenyylipyruvaatti?
aminohapon katabolia
4-Hydroxyphenylpyruvic acid (4-HPPA) is an intermediate in the metabolism of the amino acid phenylalanine.
Amino acid Catabolism
- There are 20 different amino acid, they are monomeric constituents of proteins
- They act as precursors of other nitrogen containing biologically important compounds, like hormones, neurotransmitters etc.
- Can be used as energy source.
Catabolism of the amino acids (AAs), to generate energy. There are three major steps in catabolism of AAs.
1. Removal of amino group: deamination by
I. Transamination: Transfer of amino gp to a-ketoglutarate yielding glutamate
II. Oxidative deamination: removal of amino gp from glutamate to release ammonia
III. Other deamination processes.
2. Urea cycle: Conversion of NH3 to urea for excretion
3. Metabolic break down of carbon skeleton to generate common intermediates that can be catabolized to CO2 or used in anabolic pathways to be stored as glucose or fat.
Missä aineenvaihdunnan reitissä esiintyy maitohappo?
Corin sykli
Corin sykli eli maitohappokierto eli glukoosi-laktaattikierto on aineenvaihdunnan kehämäisesti toistuva reaktiosarja, jossa vähän happea saavissa lihassoluissa verestä tullutta glukoosia (verensokeria) hajotetaan pyruvaatiksi. Pyruvaatti muunnetaan maitohappokäymisellä laktaatiksi (eli siis laktaattidehydrogenaasi pelkistää syntyneen pyruvaatin laktaatiksi hapettaen samalla NADH:ta NAD+:ksi). Laktaatti kulkee veressä maksaan muunnettavaksi taas glukoosiksi (glukoneogeneesi), joka kulkee verensokerina takaisin lihaksiin pilkottavaksi pyruvaatin kautta laktaatiksi. NADH:n hapetus on välttämätöntä glykolyysissä muodostuneen NADH uudelleen muuntamiseksi NAD+:ksi, jota tarvitaan glykolyysin toimimiseen.
Missä aineenvaihdunnan reitissä esiintyy fosfoenolipyruvaatti (PEP)?
glykolyysissä ja glukoneogeneesissa
Glykolyysissä PEP esiintyy 9. ja 10. reaktioissa:
- 2-fosfoglyseraatti muutetaan enolaasin avulla fosfoenolipyruvaatiksi (PEP)
- PEP defosforyloidaan pyruvaattikinaasin avulla pyruvaatiksi. Samalla ADP fosforyloituu ATP:ksi. Pyruvaattikinaasia inhiboivat ATP, alaniini ja glukagoni. Aktivoiva molekyyli on puolestaan glykolyysin kolmannessa vaiheessa muodostuva fruktoosi-1,6-bisfosfaatti.
Glukoneogeneesissa fosfoenolipyruvaattia muodostuu oksaloasetaatti-ionien dekarboksylaatiossa fosfoenolipyruvaattikarboksikinaasientsyymin avulla eli
GTP + oksaloasetaatti → GDP + fosfoenolipyruvaatti + CO2
Missä aineenvaihdunnan reitissä esiintyy alaniini?
glukoosi-alaniini sykli
Glukoosi-alaniinisykli tai -kierto tai pelkkä alaniinikierto on aineenvaihdunnan reitti, joka on Corin syklin kanssa osin päällekkäinen. Lihakset tuottavat glukoosista glykolyysissä pyruvaattia, jota ei raskaan liikunnan aikana saada hapetettua sitruunahappokierrossa, koska happea on tässä tilanteessa riittämättömästi tarjolla. Pyruvaatista voidaan tehdä laktaattia, tai transaminaatiolla alaniinia. (Alaniinin mekanismi: When muscles degrade amino acids for energy needs, the resulting nitrogen is transaminated to pyruvate to form alanine. This is performed by the enzyme alanine transaminase (ALT), which converts L-glutamate and pyruvate into α-ketoglutarate and L-alanine)
Syntynyt alaniini siirtyy verenkierron kautta maksaan, jossa se muuttuu transaminaatiolla takaisin pyruvaatiksi. Tämä voidaan käyttää glukoneogeneesissä tuottamaan glukoosia, joka kuljetetaan verenkierrossa lihasten käytettäväksi. Glukoosi muttuu taas pyruvaatiksi ja edellä kuvatut tapahtumat ehkä toistuvat: tämä on glukoosi-alaniinisykli.
Kierrolle vaihtoehtoisesti lihasten pyruvaatti voidaan hapettaa maitohappokäymisellä anaerobisesti laktaatiksi. -> Corin syklin avulla laktaatista glukoosia
Glukoosi-alaniinisyklin mekanismi:
Lihassolujen solulimassa transaminaation eli aminoryhmän -NH2 siirron molekyyliltä toiselle tekee alaniiniaminotransferaasi (ALAT). Tämä siirtää glutamaatin aminoryhmän pyruvaatille. Pyruvaatista muodostuu alaniini ja glutamaatista alfa-ketoglutaraatti. Alaniini siirtyy verenkiertoon ja sieltä maksaan.
pyruvaatti + glutamaatti ⇌ alaniini + alfa-ketoglutaraatti
Maksasolujen solulimassa alaniinille transaminaation tekee sama alaniiniaminotransferaasi, mutta reaktio on päinvastainen kuin yllä: maksassa jo oleva alfa-ketoglutaraatti muuttuu glutamaatiksi ja verestä tullut alaniini muuttuu pyruvaatiksi. Pyruvaatti muuntuu sitten usein glukoosiksi glukoneogeneesissä ja päätyy vereen lihasten käyttöön.
Huom! Alaniinisykli tapahtuu aerobisissa olosuhteissa levossa, toisin kuin corin sykli anaerobisissa. Molemmissa välituotteena pyruvaatti. Corin syklin avulla päästään eroon syntyvästä laktaatista ja glu-ala syklissä lihaksissa aminohappojen hajotuksessa syntyvästä typpijätteestä.
Missä aineenvaihdunnan reitissä esiintyy ornitiini?
urea sykli
Urea syntetisoidaan pääosin maksan soluissa tapahtuvassa ureakierrossa pääasiassa glutamiini- ja glutamaatti-aminohapoista. Aminohapot siirtyvät mitokondrion sisään, jossa ensin glutamiini muutetaan entsymaattisesti glutamaatiksi. Toinen entsyymi (glutamaattidehydrogenaasi) irrottaa glutamaatista aminoryhmän ammoniumionina, joka muutetaan karbamoyylifosfaatiksi. Aminoryhmä voidaan myös siirtää oksaaliasetaatille, jolloin syntyy myöhemmin kierrossa tarvittavaa aspartaattia. Karbamyylifosfaatin reagoidessa ornitiinin kanssa syntyy sitrulliinia, joka siirtyy mitokondriosta solun sytoplasmaan. Sitrulliini reagoi ATP:tä vaativassa reaktiossa aiemmin muodostuneen aspartaatin kanssa, jolloin syntyy argininosukkinaattia. Tämä puolestaan hajoaa fumaraatiksi ja arginiiniksi ja arginiini edelleen ureaksi ja ornitiiniksi. Ornitiini käytetään uudelleen ureakierrossa ja fumaraatista muodostetaan oksaaliasetaattia mitokondrion trikarboksyylihappokierrossa. Urean kahdesta typpiatomista toinen on peräisin ammoniumionista ja toinen aspartaatista.
Toisin sanoin ureasyklin vaiheet:
1) Mitokondriossa ammoniakki (NH3) muutetaan karbamyylifosfaatiksi.
NH3 + HCO3- + 2ATP -> karbamoyylifosfaatti + 2 ADP + Pi (entsyymi: Karbamoyylifosfaattisyntetaasi I)
—> karbamyylifosfaatti siirtyy ureakiertoon
2) Yksihiilisestä karbamyylifosfaatista ja 5-hiilisestä ornitiinista muodostetaan 6-hiilistä sitrulliinia
karbamyylifosfaatti + ornitiini -> sitrulliini + Pi (entsyymi: ornitiini trans-karbamoylaasi eli OTC)
—> sitrulliini kuljetetaan matriksista sytosoliin
3) Sitrulliinista ja aspartaatista muodostetaan argininosukkinaattia argininosukkinaattisyntetaasin avulla (kondensaatioreaktio). Reaktio vaatii ATP:ta.
4) Argininosukkinaatista leikataan argininosukkinaattilyaasilla irti fumaraatti, jolloin saadaan arginiinia. Saatu fumaraatti voidaan muuttaa malaatiksi ja käyttää uudelleen hyödyksi monissa reaktioissa:
i. Malaatti voidaan kuljettaa mitokondrioon malaatti-aspartaattishuttlen kautta ja käyttää siellä anapleroottisesti TCA:ssa ja hapettaa oksaloasetaatiksi, jolloin sitä voidaan käyttää glukoneogeneesissä.
ii. Malaatista saatu oksaloasetaatti voidaan muuttaa aspartaatiksi transaminaatiolla ja siten hyödyntää uudelleen ureasyklissä.
5) Arginiini hydrolysoidaan arginaasi-entsyymillä (+H2O:lla) ornitiiniksi ja ureaksi. Arginaasia löytyy pelkästään maksasta, joten vain maksa pystyy pilkkomaan ureaa arginiinista! Ornitiini kuljetetaan takaisin mitokondrioon, jossa ureasykli voidaan aloittaa alusta.
Missä aineenvaihdunnan reitissä esiintyy ubikinoni?
ETC
Ubikinoni on välttämätön osa adenosiinitrifosfaatin (ATP) tuottoa eläinten mitokondrioissa. Niissä ubikinoni on osa elektroninsiirtoketjua (ETC). Reaktiossa ubikinoni vastaanottaa 2 elektronia joko NADH-dehydrogenaasilta (kompleksi I) tai sukkinaattidehydrogenaasilta (kompleksi II). Reaktiossa ubikinoni muuntuu ubikinoliksi. Ubikinoli siirtää elektronit sytokromi c:lle.
Missä aineenvaihdunnan reitissä esiintyy asetoasetaatti?
ketogeneesi
Elimistössä muodostuu kolmea eri ketoainetta: asetoasetaatti, beeta-hydroksibutyraatti ja asetoni. Maksan solut vapauttavat ketoaineet verenkiertoon. Solut, joissa on mitokondrioita (lihakset, sydän ja aivot; huom! poikkeus: ei maksa) voi ottaa ketoaineita sisään ja muuntaa ne takaisin asetyyli-CoA:ksi mitä voidaan käyttää sitruunahappokierrossa. Toisin kuin rasvahapot, ketoaineet voivat läpäistä veriaivoesteen, jonka vuoksi niitä voidaan hyödyntää energialähteenä keskushermostossa, jos glukoosia ei ole saatavilla.
Missä aineenvaihdunnan reitissä esiintyy kobalamiini?
L-methylmalonyl-CoA:n isomerisaatio sukkinyyli-CoA:ksi, joka voi mennä sitruunhappokiertoon. Kobalamiini toimii tämän isomerisaation aiheuttaman entsyymin koentsyyminä. Tätä tapahtuu joidenkin aminohappojen kataboliassa tai tyydyttymättömien tai hiililubuktaan parittomien rasvahappojen hapetuksessa.
Tarkemmin: Methylmalonyl coenzyme A mutase (MUT) is an isomerase enzyme which uses the AdoB12 form (cobalamin) and reaction type 1 (isomerases) to convert L-methylmalonyl-CoA to succinyl-CoA, an important step in the catabolic breakdown of some amino acids into succinyl-CoA, which then enters energy production via the citric acid cycle
Kobalamiini tunnetaan paremmin nimeltä vitamiini B12
Parittomien rasvahappojen hapetuksen lopussa, kun jäljellä on enää 3 hiiltä, muodstunutta molekyyliä kutsutaan propionyyli-CoA:ksi. Tämän jälkeen propionyyliCoA -> metyylimalonyyli CoA ja sitten isomerisaatio sukkinyyli CoA:ksi (B12 koentsyyminä) -> anapleroottisesti TCA
Missä aineenvaihdunnan reitissä esiintyy ksantiini?
Virtsahapon synteesi puriineista
Virtsahappo on orgaaninen yhdiste, jota syntyy puriinipohjaisten yhdisteiden aineenvaihduntatuotteina. Erityisesti ainetta syntyy ksantiinioksidaasin hapettaessa hypoksantiinia ja ksantiinia. Virtsahapon suoloja nimitetään uraateiksi.
Puriinit ovat orgaanisia emäksiä ja niitä tarvitaan erityisesti perintätekijämme sisältävän DNA:n rakennusaineena. Puriinien aineenvaihduntatuotteena syntyy virtsahappoa. Tavallisesti se eritetään virtsan mukana pois, mutta kihdissä uraattiaineenvaihdunta ja erityisesti virtsahapon eritys ovat häiriintyneet. Kihdissä elimistön virtsahappo- ja uraattipitoisuus on hyvin korkea ja huonosti liukenevat uraattisuolat aiheuttavat niveltulehduksen. Kihtiä hoidetaan ruokavaliolla. Kihtiruokavaliossa pyritään välttämään runsaasti puriineja sisältäviä ruoka-aineita, esim. äyriäisiä, simpukoita ja olutta. Kihdin voi kuitenkin hoitaa myös lääkkeillä.
Missä aineenvaihdunnan reitissä esiintyy mevalonaatti?
Kolestrolin synteesi
Syntetisoidaan lähes kaikissa elimistön kudoksissa. Kuten rasvahapoillakin, kaikki kolesterolin hiiliatomit saadaan asetyyli CoA:lta. Vedyt/elektronit pelkistymiseen saadaan NADPH:lta ja energia ATP:lta. Synteesiin tarvitaan sekä sytosolin että SER:n membraanin entsyymejä.
Synteesin pääpiirteet:
Kolesteroli valmistetaan asetyyli-KoA:sta nelivaiheisessa synteesissä. Ensimmäisessä vaiheessa kolme asetyyli-KoA:ta yhdistetään mevalonaatiksi. Mevalonaatista puolestaan syntyy kaksi fosfaattiryhmillä aktivoitua isopreenimolekyyliä. Kuusi tällaista isopreenimolekyyliä polymerisoituu ketjuksi, jossa on useita kaksoissidoksia. Nämä kaksoissidokset muutetaan hiiliatomien välisiksi sidoksiksi, jolloin syntyy nelirenkainen rakenne, joka on kaikkien sterolien perusrakenne.
Reaktiot tarkemmin:
1) 2 asetyyli CoA -> asetoasetyyli CoA (entsyymi: tiolaasi)
2) asetoasetyyli CoA + asetyyli CoA -> HMG CoA (entsyymi: HMG CoA syntaasi)
3) HMG CoA + 2 NADPH+H+ -> mevalonaatti (entsyymi: HMG CoA reduktaasi) Huom! Statiineilla voidaan estää tämän entsyymin toimintaa -> voidaan alentaa kolestroli tasoja. Lisäksi insuliini aktivoi defosforyloimalla, ja glukagoni fosforyloi –> inaktivoi.
4) mevalonaatti + 2 ATP -> pyrofosfomevalonaatti (entsyymi: kinaasit)
5) pyrofosfomevalonaatti + ATP -> isopentyylifosfaatti IPP (entsyymi: dekarboksylaasi)
6-8) isopreeni yksiköitä muodostuu (monta askelta tässä)
9) FPP + NADPH+H+ -> squaleeni ja pyrofosfaatti (entsyymi: squaderni syntaasi)
10) squaleeni + NADPH+H+ -> lanosteroli (entsyymi: squaderni monoxygenaasi)
11) lanostetoli -> kolestroli (entsyymi: monta eri)
tässä kohdassa ketjua lyhennetään (30C -> 27C) SER:n pinnalla
Missä aineenvaihdunnan reitissä esiintyy malonyyli-KoA?
Rasvahappojen synteesi
Synteesi alkaa sillä, että asetyyli-KoA:han lisätään yksi hiili (CO2), jolloin syntyy malonyyli-KoA (asetyyli-CoA:n aktivaatio).
Seuraavaksi malonyyli-KoA:lta siirretään kaksi hiiltä pidentyvään rasvahappoon ja yksi hiili vapautuu hiilidioksidina (kondensaatio).
Malonyyli-KoA:n muodostumisessa kuluu yksi ATP-molekyyli ja rasvahappoketjun pidentymisessä kaksi NADPH-molekyyliä (NADPH hapettuu ja ketjun päässä oleva ketoryhmä pelkistyy OH-ryhmäksi)
Rasvahappoketju pitenee kaksi hiiltä kerrallaan muodostaen lopulta palmitaatin (palmitiinihapon), 16 hiilen pituisen tyydyttyneen rasvahapon.
Yhden palmitaattimolekyylin muodostumisessa on alkuperäiseen asetaattiryhmään lisätty yhteensä seitsemän kahden hiilen ryhmää ja tähän on kulunut yhteensä 7 ATP- ja 14 NADH-molekyyliä.
ATP-molekyylien energiaa tarvitaan kiinnittämään kolmas hiili malonyyli-KoA:n muodostuessa ja NADPH:n pelkistysvoimaa pelkistämään rasvahappoketjun pidentyessä syntyvät kaksoissidokset.
Missä aineenvaihdunnan reitissä esiintyy alfa-ketoglutaraatti?
Sitruunahappokierto tai aminohappo katabolia
Aminohappo katabolia: esim. lihaksessa, jos aminohaposta (esim. alaniini) halutaan tuottaa energiaa, ensin tapahtuu transaminaatio, jonka vaiheet ovat:
- Alaniini reagoi alfa-ketoglutaraatin kanssa (entsyyminä alaniiniaminotransferaasi ALAT, ja koentsyyminä tarvitaan pyridoksaalifosfaattia PLP siirtämään aminoryhmä alaniinilta alfa-ketoglutaraatille (aKG) sekä happi aKG:lta alaniinille).
- Kun happi siirtyy aKG:lta alaniinille ja alaniini on luovuttanut aminoryhmänsä, alaniinista tulee pyruvaatti. Samalla aKG:sta muodostuu glutamaatti.
Tämän jälkeen pyruvaatista voidaan pelkistää laktaattidehydrogenaasilla laktaattia eli maitohappoa (maitohappokäyminen). Tästä saadaan 2 ATP:ta. Muista: tästä eteenpäin laktaatti voidaan kuljettaa veren mukana maksaan, jossa glukoneogeneesilla siitä voidaan tehdä taas glukoosia (pyruvaatti muutetaan G6P, G6-fosfataasi entsyymi muuttaa G6P:n glukoosiksi), joka voidaan kuljettaa uudelleen soluihin hyödynnettäväksi (Corin sykli).
Sitruunahappokierto:
Pyruvaatista voidaan tehdä pyruvaattidehydrogenaasikompleksin avulla asetyyli-CoA:ta, joka menee sitruunahappokiertoon ja ETC -> ATP.
Sitruunahappokierrossa aKG muodostuu, kun isositraatti dehydrogenaasi hapettaa isositraatin aKG:ksi. Tämän jälkeen aKG dehydrogenaasi hapettaa aKG:n sukkinyyli-CoA:ksi. Sitruunahappokierrossa aKG:lla on rajoittavan tekijän rooli!
Missä aineenvaihdunnan reitissä esiintyy UDP-glukoosi?
Glykogeenin synteesi
Glukoosi täytyy aktivoida ennen kuin se voidaan liittää glykogeeniketjuun:
- Glukoosi + ATP ==> Glukoosi-6P + ADP hexokinaasi/glukokinaasi.
- Glukoosi-6P <> Glukoosi-1P fosfoglukomutaasi.
- Glukoosi-1P + UTP ==> UDP-glukoosi + PPi, pyrofosforylaasi katalysoi -> UDP-glukoosi eli aktivoitu glukoosi.
Glykogeniini aluke tarvitaan, jotta voidaan luoda alkuun lyhyet glykogeeni pätkät
- > glykogeenisyntaasi pidentää ketjuja liittämällä glukoosimonomeereja ketjuun alfa-1,4-sidoksilla
- > glykogeenihaarojaentsyymi lisää haaroja ketjuun alfa-1,6-sidoksilla
Missä aineenvaihdunnan reitissä esiintyy propionyyli-KoA?
Rasvahappojen betaoksidaatio (tai tiettyjen aminohappojen katabolia)
Sydän, lihakset ja maksa voivat hyödyntää rasvahappojen betaoksidaatiota. Betaoksidaatiota tapahtuu kun verensokeri on matalalla.
Betaoksidaation vaiheet
1. Mitokondrion välitilassa rasva-asyyli-CoA syntetaasi entsyymi (tiokinaasi) lisää CoA:n vapaaseen rasvahappoon (FFA, palmitiinihappo). ATP -> ADP + Pi (energiaa tähän reaktioon). Tällöin rasvahaposta tulee rasvahappo-CoA
- Rasvahappo-CoA on muutettava karnitiini-johdannaiseksi mitokondrioon kuljetusta varten. Eli karnitiini liitetään rasvahappo-CoA:han, muodostuu rasva-asyylikarnitiini
- Rasva-asyylikarnitiini kuljetetaan matriksiin translokaasilla, jonka jälkeen se muutetaan takaisin rasvahappo-CoA:ksi.
Tämän jälkeen mitokondrion matriksissa toistuu neljä vaihetta:
- Dehydrogenaatio/hapettuminen:
FAD pelkistyy FADH2:ksi ja rasvahappo-CoA:n hiiliketju HAPETTUU (sen alfa ja beta hiilistä lähtee vedyt pois, jolloin hiilien välinen yksinkertainen sidos muuttuu kaksoissidokseksi ja lähteneet vedyt menevät FAD:lle->FADH2). Muodostuneet hapettuneet rasvahapon nimi on enoyl-CoA. Entsyyminä asyyli-CoA-dehydrogenaasi. - Hydrataatio:
Vesi liitetään enoyl-CoA hydrataasilla enoyl-CoA molekyyliin. Muodostuu beta-hydroksiasyyli-CoA. - Dehydrogenaatio/hapettuminen:
NAD+ pelkistyy NADH:ksi, kun beta-hydroksiasyyli-CoA hapettuu. Muodostuu beta-ketoasyyli-CoA. Entsyymi: beta-ketoasyyli-CoA dehydrogenaasi. - Tiolyysi:
Asetyyli-CoA leikataan beta-ketoasyyli-CoA:sta irti, jolloin lopputuloksena syntyy asetyyli-CoA ja kahdella hiilellä lyhentynyt asyyli-CoA.
Asetyyli-CoA voi siirtyä tästä sitruunahappokiertoon, jolloin muodostuu ATP:ta!
Nämä vaiheet toistuvat kunnes rasvahapossa on enää neljä hiiltä jäljellä, tämän jälkeen pilkotaan kahdeksi asetyyli-CoA:ksi tiolaasilla.
Huom! Tyydyttymättömien tai hiililuvultaan parittomien rasvahappojen hapetus vaatii myös muita lisäaskelia: jos rasvahapossa on pariton määrä hiiliä, betaoksidaatio tapahtuu normaalisti siihen asti, että hiiliä on jäljellä 3, jolloin muodostuu propionyyli CoA. Tämän jälkeen propionyyli CoA–>Metyylimalonyyli CoA–>Sukkinyyli CoA–>Anapleroottisesti TCA
Missä aineenvaihdunnan reitissä esiintyy pyridoksaalifosfaatti?
Transaminaatio
Aminohappo katabolia: esim. lihaksessa, jos aminohaposta (esim. alaniini) halutaan tuottaa energiaa, ensin tapahtuu transaminaatio, jonka vaiheet ovat:
Transaminaatio
1. Alaniini reagoi alfa-ketoglutaraatin kanssa (entsyyminä alaniiniaminotransferaasi ALAT, ja koentsyyminä tarvitaan pyridoksaalifosfaattia PLP siirtämään aminoryhmä alaniinilta alfa-ketoglutaraatille (aKG) sekä happi aKG:lta alaniinille).
Missä aineenvaihdunnan reitissä esiintyy karbamyylifosfaatti?
Urea-sykli
Sitrulliini voidaan kuljettaa mitokondriosta sytosoliin ja ornitiini takaisin, joten kaksi ensimmäistä vaihetta sitrulliiniin asti tapahtuvat matriksissa, välissä tapahtuvat vaiheet sytosolissa ja ornitiinin muokkaaminen sitrulliiniksi taas matriksissa.
1) Karbamyylifosfaatti muodostuu bikarbonaatista, NH3:sta ja kahdesta ATP:stä. Entsyymi karbamyylifosfaattisyntetaasi-1 eli CPS-1.
2) Yksihiilisestä karbamyylifosfaatista ja 5-hiilisestä ornitiinista muodostetaan 6-hiilistä sitrulliinia, karbamyylifosfaatin fosfaattiryhmä vapautuu. Entsyymi ornitiini trans-karbamoylaasi eli OTC. Sitrulliini kuljetetaan matriksista sytosoliin.
Missä aineenvaihdunnan reitissä esiintyy glutamaatti?
Aminohappo katabolia: esim. lihaksessa, jos aminohaposta (esim. alaniini) halutaan tuottaa energiaa, ensin tapahtuu transaminaatio, jonka vaiheet ovat:
- Alaniini reagoi alfa-ketoglutaraatin kanssa (entsyyminä alaniiniaminotransferaasi ALAT, ja koentsyyminä tarvitaan pyridoksaalifosfaattia PLP siirtämään aminoryhmä alaniinilta alfa-ketoglutaraatille (aKG) sekä happi aKG:lta alaniinille).
- Kun happi siirtyy aKG:lta alaniinille ja alaniini on luovuttanut aminoryhmänsä, alaniinista tulee pyruvaatti. Samalla aKG:sta muodostuu glutamaatti.
Glutamaatti kuljetetaan maksaan. Maksassa glutamaatti dehydrogenaasi entsyymi pelkistää NADP+ -> NADPH:ksi ja samalla leikkaa aminoryhmän (ammoniakin) irti glutamaatista (tarvitaan myös vettä) -> tällöin glutamaatista muodostuu aKG. Tätä reaktiota kutsutaan oksidatiiviseksi deaminaatioksi. (Muista: ammoniakki sitten reagoi protonin kanssa ja muodostaa ammoniumionin, joka viedään mitokondioon, jotta siitä tehdään ureaa.)
Tämän jälkeen aKG voi reagoida aspartaatti aminohapon kanssa, tapahtuu transaminaatio eli aKG luovuttaa hapen aspartaatille ja aspartaatti luovuttaa aminoryhmä aKG:lle. Tässä entsyyminä toimii aspartaatti aminotransferaasi (ASAT). Ryhmien vaihdon jälkeen aKG:sta muodostuu glutamaatti ja aspartaatista oksaloasetaatti (OAA). Muista: OAA voi reagoida asetyyli-CoA:n kanssa, muodostaen sitraattia -> siitä isositraattia -> aKG:ta -> sukkiyyli-CoA:ta -> sukkinaattia -> fumaraattia -> malaattia -> ja lopuksi taas OAA ==» sitruunahappokierto!
Kerro transaminaatio reaktioiden käänteisyydestä. Mitä reaktioita voi tapahtua, ja miten tuotteita voi käyttää sitruunahappokiertoon?
- Alaniini ja aKG -> pyruvaatti ja glutamaatti
- Pyruvaatti ja glutamaatti -> alaniini ja aKG
- Aspartaatti ja aKG -> OAA ja glutamaatti
- OAA ja glutamaatti -> aspartaatti ja aKG
Alaniinista voi tehdä pyruvaattia, joka voidaan muuttaa asetyyli-CoA:ksi. Asetyyli-CoA voi mennä sitruunahappokiertoon ja reagoida OAA:n kanssa muodostaen sitraattia.
Glutamaatista voi tehdä aKG:ta, joka on sitruunahappokierron välituote (isositraatti -> aKG-> sukkinyyli-CoA)
Glutamaatti —(glutamaattidehydrigenaasi entsyymi—> aKG + NH3 (joka voidaan muuttaa NH4+) ja viedä ureasykliin
Nämä ovat vain muutamia esimerkkejä aminohapoista, joita voi hyödyntää!
Kuinka monta ATP:ta glykolyysi tuottaa nettona?
2 ATP
Bruttona tuotetaan neljä, mutta aluksi käytetään kaksi, joten nettona tuotetaan kaksi.
Mihin reaktioon dehydrogenaasi entsyymi viittaa?
Molekyylin hapettumiseen (samalla usein NAD+ tai NADP+ pelkistyy NADH:ksi tai NADPH:ksi).
