Biokemi kompendium af Michael GraveHuman fordøjelse af makronæringsstoffer.........................................................................................2

Pancreassaft indeholder:.................................................................................................................3Transport, lagring og metabolisering af fødekomponenter................................................................6

Indbygning af glucose i glycogen kræver energi............................................................................7Phosphorylase kinase-aktivitet reguleres af....................................................................................9

Kontrol af glycogen syntese.............................................................................................................10Hvornår er det fornuftigt at syntetisere glycogen?.......................................................................10

Kapitel 12 Glycolyse........................................................................................................................11Energiregnskab i glycolysen.........................................................................................................11

TCA: (lektion 4)...............................................................................................................................12Elektrontransportkæden...................................................................................................................13

Glycerol-phosphat shuttle: Fig. 12.28...........................................................................................14Malate-aspartat shuttle. Fig. 12.29................................................................................................15Energi ved samlet forbrænding af glucose:..................................................................................15

Kontrol af TCA og oxidativ phosphorylering..................................................................................15Gluconeogenese kap. 9, 15, 16.........................................................................................................16

Forbindelser, der kan omdannes til glucose:................................................................................16Gluconeogenese udfra Pyruvat........................................................................................................16

Cori cyclus....................................................................................................................................17Syntese af glucose ud fra glycerol................................................................................................17

Kontrol af glycolyse og gluconeogenese. Lektion 6........................................................................18Alosterisk......................................................................................................................................18Hormonel kontrol af glycolyse/gluconeogenese. Fig. 16.20........................................................19Regulatorisk: F-2,6-BP.................................................................................................................19

Energikilden FEDT. Kap. 13...........................................................................................................20Beta-oxidation Fig. 13.2...............................................................................................................20Syntese af ketonstoffer..................................................................................................................21Oxidation af fedtsyrer med ulige antal kulstofatomer..................................................................21

Syntese af fedt og relaterede forbindelser Kap 14...........................................................................21Sammenligning af fedtsyre syntese og beta-oxidation.................................................................22

Pentose Phosphat Pathway (PPP) Kap. 17.......................................................................................22Fedt og cholesterol trafik i kroppen (s. 170).................................................................................23Side 174 Frigivelse af FFA fra fedtceller.....................................................................................24Ikke-hormonel kontrol af fedtsyre-ox og FAS (s. 259). Kap 16...................................................25Hormonel kontrol af fedtmetabolisme (Side 260)........................................................................25Insulin...........................................................................................................................................26

Metabolisk kontrol. Kapitel 16........................................................................................................26Kvantitativ regulering:..................................................................................................................26Kvalitativ regulering.....................................................................................................................27Kontrol af enzymaktivitet vha. kovalent modifikation.................................................................27Phosphorylering/dephosphorylering i forbindelse med metabolisk kontrol:................................28Regulation af metabolisme i leveren i hhv. velfodret og sult tilstand vha....................................28

Aminosyremetabolisme Kapitel 19..................................................................................................30Kroppens nitrogenbalance............................................................................................................30

Urinstofcyclus s. 292........................................................................................................................32Blod koagulation..............................................................................................................................34

1

Human fordøjelse af makronæringsstofferFormål med metabolisme: 3 hovedtyper af føde:

Proteiner Kulhydrater Fedt

Det meste føde fordøjes vha. hydrolyse til mindre enheder før der kan ske optagelse i epitelceller i tyndtarmen.

Fordøjelsen foregår i fordøjelseskanalen: Mund, mave, tyndtarm og tyktarm

I tyndtarmen foregår den største del af fordøjelsen.Tyndtarmen er beklædt med villi. Villi er dækket med epithelceller. På den eksterne membran i disse epithelceller findes mikrovilli. stor overflade forøgelse.

Opbygningen medfører gode muligheder for absorption i tyndtarmen pga.stor overflade

Tarmepithelceller er beskyttet af slim; vigtigste komponent er muciner:Muciner er store glykoproteiner (proteiner med meget kulhydrat bundet)Mucinerne danner netværk vha. ikke-kovalente bindingerFormål med kulhydratdelene: Beskyttelse af proteindele(= mod enzymer).Muciner dannes vha. specielle goblet celler, der beklæder tarmen.

2

Proteinfordøjelse

Protein i mavesæk (pH omkring 2 bedste aktivitet)↓

Denaturering af proteiner

mavesækken findes celler (parietal eller oxyntic celler) der udskiller syre vha. H+/K+ ATPase: H+ udskilles, K+ optages Figur 9.1Bicarbonat udskiftes med Cl- i anionkanal.Cl- udskilles i lumen og der dannes HCl

Proteinfordøjelse i maven:

Føde↓

Gastrin frigives fra celler i maven (ved udvidelse af mavesækken) ↓

pepsinogen udskilles fra epithelceller i maven

Pepsinogen i surt miljø↓

katalytisk site blottes↓

der fraspaltes 44 aminosyrer og pepsin opstår

Det dannede pepsin omdanner al pepsinogen til pepsinPepsin er en endopeptidase – den spalter specifikt ved aromatiske aminosyrer

Videre fordøjelse i tyndtarm:Fra maven kommer det delvis fordøjede materiale til tolvfingertarmen

Mavesyre↓

tolvfingertarmen stim. til frigivelse af hormoner (sekretin og cholecystokinin) til blodet↓

pancreas stimuleres til frigivelse af pancreassaft

Pancreassaft indeholder: 3 endopeptidaser Trypsin (kommer fra trypsinogen)

Chymotrypsin (chymotrypsinogen)Elastase (proelastase)

Disse 3 enzymer har forskellige præferencer mht. valg af peptidbindinger de angriber 1 exopeptidase Carboxypeptidase

Disse enzymer er skabt som inaktive proenzymer

3

Proenzymerne findes i sekretoriske vesikler i pancreas

Figur 9.2: Herved sikres det, at der kun er tændt for enzymerne i tyndtarmslumen

I tyndtarmen findes desuden aminopeptidase, der fjerner den N-terminale aminosyre fra peptiderne (en exopeptidase)1 - 2 - 3 - 4 - 5 - 6 - 7 - 8 - 9F.eks. spaltes mellem 3 og 4 vha. trypsin1 fraspaltes vha. aminopeptidase, 3 fraspaltes vha. CarboxypeptidaseAltså omdannelse til frie aminosyrer i lumen af tyndtarmenI tyndtarmepithelcellerne optages aminosyrer (fig. 9.1)

Der eksisterer forskellige transportpumper

Aminosyrerne diffunderer herefter ind i blodkapillærer indeni villi og optages af væv, der har brug for aminosyrer til proteinsyntese. Overflødige aminosyrer nedbrydes Aminogrupperne udskilles som urinstof (urea)Kulhydratskeletterne genbruges eller giver anledning til energi.

Fordøjelse af kulhydrater

Typer:Disaccharider (fx sucrose, maltose og lactose) Polysaccharider (fx stivelse) Monosaccharider (fx glucose og fructose)

Disaccharider: Sucrose: Bliver til fruktose og glukose vha. sucrase Laktose: Bliver til galaktose og glucose vha. β-galactosidase Maltose: Bliver til glucose og glucose vha. maltase

Laktose spaltes i tyndtarmen vha. β-galactosidase i den ydre membran af epithelcellerne

Laktoseintolerance pga. mangel på β-galactosidase↓

disaccharidet passerer videre til tyktarmen↓

fermentering vha. bakterier↓

produktion af gas samt diarreSucrose fordøjes af tarmenzymet sucrase under dannelse af glucose og fruktose

Stivelse består af 1. Amylose: Glucoseenheder, der er bygget sammen (Lange kæder. 1-4 bindinger) 2. Amylopectin (Korte kæde, 1,4 bindinger + 1,6 kryds bindinger)

4

Fordøjelse af stivelse:I spyt og pancreassaft findes α-amylase (endoenzym)

↓spaltning af glycosidbindinger i molekylet, dog IKKE nær 1-6-bindinger i amylopectin

↓Limit dextrin samt di- og trisaccharider

Limit dextrin: Den delvis fordøjede stivelse fordøjes i tarmen vha. 1-6-α-glucosidase.Di- og trisaccharider fordøjes i tarmen vha. maltase

↓fri glucose

Det meste af stivelsesfordøjelsen foregår i tyndtarmen

Optagelse af glucose ind i enterocytterne vha. Na+ cotransport (fig. 9.6)Na+ pumpes ud igen vha. Na+/K+ ATPaseGlucose udskilles fra epithelcellerne/enterocytterne vha. diffusion pga. koncentrations-gradient

Fruktose optages vha. Na+ uafhængig transport (=passiv transport)Aminosyrer og monosaccharider føres med blodet til leveren

5

Fordøjelse og absorption af fedt

I tyndtarmen findes lipase, der hovedsageligt bryder primære esterbindinger

Lipase Proenzym↓ vha. trypsin

LipaseLipasen er aktiv, når den binder colipase i forholdet 1:1Forudsætning for at lipasen kan arbejde: Fedtet er emulgeret vha. galdesure salteGaldesure salte dannes i leveren og opkoncentreres i galdeblærenHerfra kan de udskilles til tolvfingertarmenUdgangsmaterialet for galdesure salte er cholesterol, bliver til galdesyre, fraspalter H+. Den vigtigste galdesyre er cholic acid

I tarmcellerne gendannes triacylglycerol (TAG) TAG + cholesterolestre indgår i chylomikroner, der frigives fra tarmcellerne vha. exocytose

Chylomikroner:

Hydrophil skal, der omgiver hydrophob kerne

Chylomikroner er et eksempel på lipoproteiner

Chylomikroner består hovedsageligt af TAG (≥ 90 %)Chylomikroner har lav densitetChylomikroner udskilles til lymfekarrene (9.1)

Lymfen føres til blodet vha. lymfekapilærvæv, der munder ud i lymfekarstammer

Fordøjelse af andre fødekomponenter: Phospholipider spaltes vha. phospholipaser RNA spaltes vha. RNase DNA spaltes vha. DNase

Disse tre enzymer findes også i pancreassaft

Fibre metaboliseres delvis af bakterier i tyktarmen

Transport, lagring og metabolisering af fødekomponenter

6

Glucose:

Højt niveau af glucose i blodet↓

stor insulin/glucagon-ratio↓

glucose optages ved faciliteret transport og glycogen lagre gendannes

Kontrol af kulhydratmetabolismeKontrol af glucose-optagelse

Transport af glucose ind i targetceller er passiv Diffusionen faciliteres af transportproteiner (Na-cotransporter) Drivkræften for diffusionen er glucosegradienten over membranen – altså IKKE energi

Hvordan opretholdes en stejl glucosegradient? Ved hurtig phosphorylering af det optagne glucose. Herved sikres mulighed for optagelse af meget glucose. Anden effekt af phosphorylering: Glucose bliver tilbageholdt i cellen

I muskel og fedtceller er optagelsen af glucose insulin-afhængig (GLUT4): Se figur 16.12

Glucose optages i hjerne eller muskel celle↓

Phosphorylering til Glucose-6-phosphat vha. Hexokinase

Glucose optages i levercelle↓

Phosphorylering til Glucose-6-phosphat vha. GlucokinaseForskel på hexokinase og glucokinase Se figur 10.12: Der er forskel på Km-værdier for de to enzymer. Altså har HK langt større affinitet overfor glucose end GKSulttilstand:

Lavt niveau af glucose↓

Lavt niveau af insulin↓

Lavt niveau af glucoseoptagelse i muskel og fedtceller (GLUT4 = insulinafhængig)

Under sult laver leveren glucose ud fra proteiner (gluconeogenese)↓

Glucose udskilles og bruges af hjerne og erythrocytter

Hvorfor optages glucose IKKE igen af leverceller?Fordi leveren indeholder glucokinase med lav affinitet overfor glucose – altså sker der ikke nævneværdig optagelse og tilbageholdelse af glucose i leverenERGO: Ved lavt niveau af glucose er der kun ”tændt for” HK.

7

Sårbare celler tilgodeses med glucose Efter måltid: Højt niveau af glucose Både HK og GK er aktive

Hjerne/muskel: HK feedbackhæmmes af Glucose-6-phosphat↓

Begrænset niveau af glucosephosphoryleringLever: Ingen feedbackhæmning(lager/depotdannelse)

Indbygning af glucose i glycogen kræver energi

G-1-P er IKKE tilstrækkelig energirig til at kunne bruges som byggesten i glycogensyntesenG-1-P skal først aktiveres. Figur 10.4:

Vha. UTP dannes UDP-glucose Uorganisk pyrophosphat hydrolyseres straks hvilket gør reaktionen irreversibel

Krav til glycogensyntese er tilstedeværelse af en primer:Proteinet glycogenin har 8 glycosylrester bundet til OH-gruppe i tyrosin aminosyrerest

Fig. 10.6: Opsummering af glycogen syntese ud fra glucose

Hvad er prisen for aktivering og indbygning af glucose i glycogen? 1 stk. højenergibinding = 1 ATP + 1 ATP til gendannelsen af UTP fra UDP = 2 ATP ialt.

Fig. 10.7: Forgrening af glycogenForgreningsenzymet overfører en blok af glucosylenheder fra enden af (1 → 4)α-bundet kæde til C(6)-OH på glucose i samme eller anden kædeFormål med forgrening:Der dannes mange muligheder for såvel syntese som nedbrydning af glycogenGlycogenlagre i leveren bruges bl.a. til frembringelse af energi til hjerne og røde blodlegemer

Fig. 10.9: Nedbrydning af glycogenVha. phosphorylase fraspaltes glucose-enheder fra en ikke-reducerende ende(G-1-P → G-6-P → G)Slutproduktet glucose frigives til blodet

Glycogen phosphorylase kan IKKE fungere nærmere end 4 glucose-enheder fra branch points Fig. 10.10:Vha. debranching enzyme fjernes branch points

3 glycosid-enheder flyttes til 4-OH i anden kæde↓

der opstår to nye kæder, der kan spaltes(1 → 6)α-binding brydes også vha. debranching enzyme

Kontrol af syntese/nedbrydning af glycogen (glykogenese/glykogenolyse)Syntese vha. Glycogen Synthase (GS)Nedbrydning vha. Glycogen Phosphorylase (GP)

GS aktiveres vha. insulinGP aktiveres i lever vha. glucagon og epinephrine

8

GP aktiveres i muskler vha. epinephrine

Hvornår er der behov for nedbrydning af glycogen?Når cellen mangler energi – dette ses ved højt niveau af AMP

AMP er allosterisk aktivator af GPHvorfor bruges AMP som aktivator? Fordi AMP er en bedre indikator for energibehov end ADP.

Hvornår er der IKKE behov for nedbrydning af glycogen?Når cellen har højt niveau af ATP og G-6-P

Figur 16.15 Glycogen phosphorylase findes på to former Glycogen phosphorylase b er dephosphoryleret og inaktiv Glycogen phosphorylase a er phosphoryleret og aktiv

Omdannelse fra a til b form vha. Protein phosphataseOmdannelse fra b til a form vha. Phosphorylase kinase

Hormonel regulering af glycogen phosphorylase aktivitet:Hvordan tændes der for glycogen nedbrydning?Fig. 16.16

Binding af hormon til receptor↓

Der dannes cAMP↓

cAMP tænder allosterisk for protein kinase PKA↓

Aktiv protein kinase PKA↓

Inaktiv Phosphorylase b kinase phosphoryleres↓

Der dannes aktiv phosphorylase b kinase ↓

Glycogen phosphorylase b phosphoryleres↓

Omdannelse til glycogen phosphorylase a↓

Nedbrydning af glycogen

Der er tale om en cascade, der medfører en markant amplifikation (forstærkning) af signalet (binding af få hormonmolekyler på cellens overflade har stor effekt mht. nedbrydning af glycogen)

Pga. glycogens forgreninger vil glycogen phosphorylase kunne angribe glycogen mange steder

Formålet med glycogen-nedbrydning i muskelceller: GlycolyseFormålet med glycogen-nedbrydning i leverceller:

Glucose til hjerne og røde blodlegemer (induceret vha. glucagon)

9

Glucose til muskler ved kamp/flugt-respons (induceret vha. epinephrin) Glycolyse (energi til eget forbrug)

Hvordan slukkes der for glycogen nedbrydning?Fig. 16.15: Regulering af Protein phosphataseSom det ses slukker cAMP for protein phosphatasen Fig. 16.17(a):ERGO:

cAMP↓

Der tændes for phosphorylase kinaseDer slukkes for protein phosphatase 1

↓Aktivering af glycogen phosphorylase (på a-form)

I muskelceller:

Fig. 16.14: Phosphorylase kinase-aktivitet reguleres af

hormoner (via cAMP) Ca2+ (allosterisk aktivering)

Effekt af Ca2+

Inaktiv phosphorylase kinase omdannes til delvis aktiv phosphorylase kinase Aktiv phosphorylase kinase aktiveres yderligere

Den Ca2+-afhængige aktivering foregår kun under muskelkontraktion

Aktiv phosphorylase kinase↓

Phosphorylering af Glycogen phosphorylase b↓

Omdannelse til Glycogen phosphorylase a↓

Nedbrydning af glycogen

Kontrol af glycogen synteseHvornår er det fornuftigt at syntetisere glycogen?Ved højt niveau af glucose og ATPFig. 16.13: ATP og G-6-P hæmmer nedbrydningen af glycogen

Hormonel kontrol: fig. 16.17 & 16.18

Insulin↓

GSK3 hæmmesProtein phosphatase 1 aktiveres

↓Glycogen synthase forbliver på aktiv form

10

Glucagon/epinephrine↓

cAMP↓

Aktivering af protein kinase PKA↓

Phosphorylering (inaktivering) af Glycogen synthaseERGO:Vha. f.eks. forholdet mellem insulin og glucagon modificeres niveau af glycogensyntese/glycogennedbrydning

Stor insulin/glucagon-ratio GlycogensynteseStor glucagon/insulin-ratio Glycogennedbrydning

Hvad er skæbnen for andre monosaccharider?Laktose spaltes på tyndtarmepitelceller til glucose og galaktoseMetabolisme af galaktose:Først bliver galaktose phosphoryleret vha. galaktokinaseFigur 10.9 samt øvrige figurer:

P-uridin-gruppe overføres fra UDPG til galaktose-1-P↓

UDP-galaktose + G-1-PVha. epimerase omdannes UDP-galaktose til UDP-glucose

11

Kapitel 12 GlycolyseSe noter på figure i kapitlet. Fig. 12.7: Omhandler overordnet omdannelse af 1 glucose til 2 pyruvat

Om G-6-P metaboliseres vha. glycolysen eller bruges til glycogensyntese bestemmes af hormoner og Ca2+ (fig. 16.17 & 16.14)

Fig. 12.7 Aldolase-reaktionen har ∆G˚΄ på +23,8 kJ x mol-1Hvorfor kan denne reaktion overhovedet forløbe? Fordi ∆G = ∆G˚΄ + R x T x ln [Produkter]/[Reaktanter]

Læg mærke til reversible/irreversible reaktionerDette afhænger af ∆G˚΄-værdier

Energiregnskab i glycolysen

Når udgangssubstratet er GLUCOSEForbrug af ATP Syntese af ATP

HK 1PFK 13-PGA kinase 2Pyruvat kinase 2I alt 2 4

Netto: Der dannes 2 ATP(Desuden dannes 2 NADH; Alberts s. 125)

Når udgangssubstratet er glycogen (G-1-P):Netto dannes der 3 ATP idet der IKKE er behov for HK (Desuden dannes 2 NADH)

12

TCA: (lektion 4) Se fig. 12.9

Se Metabolisk kortPyruvat dannet i glycolysen har flere mulige skæbner; bl.a.Omdannelse til laktat i cytoplasmaTransport ind i mitochondriematrixOmdannelse til oxaloacetat (ved mangel på mitaboliter) Omdannelse til alanin

Omdannelse af pyruvat til Acetyl CoA: Vha. enzymet pyruvat dehydrogenaseDer er tale om meget stort og komplekst enzym med 3 forskellige enzymaktiviteter. Fig. 12.8Første trin: DecarboxyleringNæste trin: Syntese af Acetyl CoA og NADH

Se metabolisk skema mht. mulige skæbner for Acetyl CoAOmdannelsen af pyruvat til Acetyl CoA er irreversibel: ∆G˚΄ = -33,5 kJ x mol-1Betydning: Der kan IKKE laves pyruvat ud fra Acetyl CoA ≈ Ingen omdannelse af fedt til glucose

3 reaktioner i TCA har meget store negative ∆G˚΄-værdier De er Irreversible

Regulering af Pyruvat dehydrogenase: Fig. 16.25Hvornår er det fornuftigt at syntetisere Acetyl CoA?Produkterne hæmmer PDH allosterisk. Substraterne aktiverer PDH allosterisk

Stor ATP/ADP-ratio↓Aktivering af pyruvat dehydrogenase kinase↓Phosphorylering af PDH↓Inaktivering af PDH

Acetyl CoA kan indgå som substrat i TCA: Acetyl CoA + oxaloacetat → citratFig. 12.9: Gennemløb af 1 cyclus↓Oxaloacetat gendannesAcetylgruppen fra Acetyl CoA forbrugesDer dannes 3 NADHDer dannes 1 FADH2Der dannes 2 CO2Der dannes 1 GTPDer forbruges 2 H2O

Detaljer mht. hvor H atomer kommer fra i TCA:Omdannelse af 3 NAD+ til 3 NADH kræver 6 H+ og 6 e- (6 H atomer)Omdannelse af 1 FAD til 1 FADH2 kræver 2 H+ og 2 e- (2 H atomer)

TCA foregår i mitrochondria matrix. Pyruvat kan let komme ind i mitrochondriaet. Acetyl-CoA kan komme ud, kun ved at gå sammen med oxaloacetat forudsætning for fedtsyntese.

13

CH3CO-S-CoA → CoA-SH kræver 1 H+ og 1 e- (1 H atom)Altså kræves der ialt 9 H atomerVed forbrug af acetylgruppe dannes der 3 H atomerDer mangler altså 6 H atomerDisse fås fra vand: I alt er der et forbrug af 3 vandmolekyler i TCA

Hvordan suppleres der op med metabolitter i TCA? Der er behov for reaktioner, der kan bidrage med nye metabolitter til TCAVigtig reaktion: Omdannelse af pyruvat til oxaloacetat (bogen s. 199)

ElektrontransportkædenFig. 11.8. Vi skal undersøge, hvordan der opnås energi via oxidation af NADH og FADH2 Hvor foregår den? På den indre mitochondrielle membranFig. 11.4. Jo større behov for energisyntese jo større er indholdet af cristae

Fig. 11.8. I elektrontransportkæden indgår en serie af elektronbærereElektroner transporteres gennem kæden fra bærer med lavt redox potentiale til carrier med højere redox potentialeDer skal være ilt til stede for at elektronkædetransporten kan forløbe H2O dannes.

Fig. 12.17: Elektronbærerne er grupperet i 4 komplekser. Komplekserne er indbygget i IMMFig. 12.18 + 19: Se noter v. figur. Fig 12.21: Translokation af protoner fra matrix til intermembranale rum. Kaldes Q cyclenFig. 12.22: ATP synthase. Læg mærke til opbygning med F0 og F1Fig: 12.25-26 Princippet er vigtigere: Barrellignende (≈ tønde/cylinder) skaft roterer når protoner kommer fra intermembranale rum til matrix via subunit a. Rotationen af skaft medfører konformationsændring i α og β subunits, der er involveret i ATP syntese. Den enzymatiske aktivitet af ATP synthase afhænger af samarbejde mellem de to subunits

Fig. 12-26: 12 c subunits i ringen: Subunit 1 & 2 er negativt ladede og interagerer med protein aDe øvrige 10 er uladede og befinder sig i hydrophobt miljø i IMM

Proton fra gradient i subunit 2↓

Subunit 2 bliver uladet↓

Ringen roterer således at subunit 2 kommer i hydrophobt miljø↓

Subunit 12 kommer i kontakt med hydrophil halvkanal, der er i kontakt med matrix↓

Proton tabes fra subunit 12 i matrixEstimering: Passage af 3 protoner gennem F0 Syntese af 1 ATPFig. 12.27: Transport af ADP ind i matrix og ATP ud af matrixDette sker vha. speciel transportmekanisme: ADP-ATP translokaseLadning på ATP: -4Ladning på ADP: -3I forvejen eksisterer der en pH-gradient over IMM:

14

Der er større koncentration af negativ ladning på indersiden af IMM end på ydersidenADP-ATP translokasen reducerer ladningsforskellen mellem inderside og yderside af IMM.Syntesen af ATP kræver ADP og Pi Transport af Pi ind i matrix sker vha. phosphat translokase (symport)Pris: flow af 1 proton ind i matrix

Antagelse:Gennemløb af elektroner fra NADH 10 protoner pumpes ude af matrixADP og Pi ind i matrix kræver transport af 1 proton over IMMSyntese af ATP ud fra ADP og Pi kræver transport af 3 protoner over IMM

Samlet omkostning for dannelse af 1 ATP: Transport af 4 protoner over IMMAntal ATP dannet ved gennemløb af elektroner fra NADH:10 protoner/4 protoner x ATP-1 = 2,5 ATPUd fra FADH2 dannes der 1,5 ATP Nogle lærebøger taler om syntese 3 og 2 ATP ved oxidation af hhv. NADH og FADH2

Materiale omkring shuttles (NADH dannet under glycolysen)Glycolysen foregår i cytoplasmaElektrontransportkæden (og oxidativ phosphorylering) foregår i mitochondrierFor at kunne forløbe kræver glycolysen NAD+Altså skal NAD+ gendannes fra NADH

Glycerol-phosphat shuttle: Fig. 12.28

1 NADH omdannes til NAD+ i cytoplasma↓

Dihydroxyacetone phosphat (dHAP) omdannes til Glycerol-3-Phosphat(G-3-P)

I IMM sker der overførsel af elektroner fra G-3-P til FAD↓

1) dHAP gendannes i cytoplasma (og kan reagere med NADH og H+ igen)2) FAD omdannes til FADH2

Elektroner fra FADH2 indgår i elektrontransportkædenSamlet virkning: Elektroner fra cytoplasmatisk NADH er overført til elektrontransportkædenEnergi: 1,5 ATP (evt. 2)

Malate-aspartat shuttle. Fig. 12.29Resultat: Elektroner fra cytoplasmatisk NADH overføres til mitochondriel NAD+I cytoplasma: Oxaloacetat omdannes til malate under forbrug af NADHMalate transporteres ind i mitochondrie matrix vha. carrier i IMMNADH dannes i matrixOxaloacetat omdannes til aspartatAspartat ud af matrix til cytoplasma vha. carrierEnergi: 2,5 ATP (evt. 3)

15

Energi ved samlet forbrænding af glucose:Se fig. 11.8 mht. de tre etaper i glucose-oxidationen

Glycolysen medførte 2 ATP + 2 NADHSvarer i energi til (2 + 3) ATP = 5 ATP; Evt. 7 ATP (afh. af shuttle)

Omdannelse af 2 pyruvat til 2 acetyl CoA medførte 2 NADHSvarer i energi til 5 ATP

TCA: Forbrug af to acetylgrupper i TCA medførte 2 GTP + 2 FADH2 + 6 NADHSvarer i energi til (2 + 3 + 15) ATP = 20 ATP

Samlet energiudbytte er derfor 30/32 ATP ved forbrænding af 1 glucose

Kontrol af TCA og oxidativ phosphoryleringSide 258-259

Se figur 12.11:Aktiviteten af TCA reguleres hovedsageligt ud fra tilstedeværelse af substrater (NAD+ og ADP)

Mangel på ADP (meget ATP)↓

Manglende forbrug af protongradient over IMM↓

Elektrontransportkæden ophører↓

NADH omdannes IKKE til NAD+↓

Ophør af TCA

Mangel på O2↓

Forbrug af NADH ophører↓

Mangel på NAD+↓

Ophør af TCAGluconeogenese kap. 9, 15, 16Se metabolisk skemaHvorfor foregår der gluconeogenese?Fordi visse celler kræver glucose som energikilde

Hjernen Testes

Røde blodlegemer Nyre medulla

Hvor foregår gluconeogenese? Lever Nyre cortex

16

Hvor store er vores glycogendepoter? 190 gram glycogen 20 gram glucose (i cirkulation)I alt haves 210 gram

Dagligt behov?Hjernen kræver 120 gramØvrige følsomme væv kræver 40 gramDagligt kræves 160 gram

Hvor længe kan vi klare os på vores reserver? Ca. 30 timer

Forbindelser, der kan omdannes til glucose: Laktat Aminosyrer Glycerol

Forbindelser, der IKKE kan omdannes til glucose: Fedtsyrer Acetyl CoA

Vi råder altså over depoter af energi, der under sult kan bruges til syntese af glucoseNormalt har vi fedt nok til overlevelse i omkr. 3 måneder – overvægtige kan selvfølgelig klare sig endnu længereFra fedt dannes glycerol, der kan omdannes til glucoseUd fra fedt kan der dannes ketonstoffer, der i modsætning til frie fedtsyre kan passere blod-hjerne-barrieren, og dermed bruges som energi kilde, ved glukose mangel. Kun en % del af hjernens energibehov kan dækkes af ketonstoffer.

Gluconeogenese udfra PyruvatMetabolisk skemaVigtigste udgangsforbindelser mht. gluconeogenese er PYRUVAT og LAKTATSe fig. 15.1 NB: Læg mærke til at omdannelsen af PEP til pyruvat selvfølgelig er hæmmet. Uden denne hæmning ville vi have en futil cyclus

Fig. 12.7: Glycolysen. Der er 3 irreversible trin Fig. 15.2 I gluconeogenese indgår altså 4 enzymer, der ikke bruges i glycolysen

Pyruvat → Oxaloacetat: Foregår i mitochondrier. NB: Oxaloacetat kan IKKE passere IMMOxaloacetat → PEP: Kan foregå i mitochondrier eller i cytosolHvis omdannelsen foregår i cytosol skal oxaloacetat først omdannes til malate, der via specifik carrier bringes ud i cytosol

Forskel på enzymer i hhv. glycolyse og gluconeogenese de to sidste reaktionerGlycolyse: KinaserGluconeogenese: Phosphataser

Kilde til pyruvat: Fig. 15.3 Nedbrydning af muskelprotein stimuleres af cortisol. Aminosyre der kan give anledning til glukose: glukogene a.a. (hovedsageligt Alanine)

17

(Medsatte er ketogene aminosyre) Aminosyrer træder ind i TCA og giver anledning til pyruvat

NB: Sult

↓Ingen omdannelse af pyruvat til Acetyl CoA

Via fedtsyreoxidation er der i forvejen højt niveau af Acetyl CoAERGO: Det dannede pyruvat udnyttes til syntese af alanin

Problem i forbindelse med syntese af energikilden Glucose ud fra protein:2 g muskel-protein → 1 g glucose. Altså: Der er kun energi til begrænset tidsrumRegulering/ Løsning: Hjernen begynder at anvende ketonstoffer som energikilde

Cori cyclus Se fig. 11.3: Anaerob glycolyse af glucose. Sammenlign med aerob glycolyse (fig. 11.2)Fig. 15.4: Under anaerobe forhold dannes laktat, der udskilles til blodbanenI leveren omdannes laktat til glucose (evt. glycogen)Kvantitativt er laktat den mest betydningsfulde metabolit mht. gluconeogeneseEffekter af Cori cyclus: Videre metabolisering af laktat Laktat acidose forhindres

Syntese af glucose ud fra glycerolFra fedtvæv kan der sendes glycerol til leveren; dette kan anvendes til glucoseFig. 15.5Glycerol kinase findes i leveren (og stort set ikke i fedtvæv). Det er netop meningen, at der skal dannes glucose til brug i bl.a. hjernenSe metabolisk kort

Effekt af ethanol metabolisme mht. gluconeogenese (manglende føde indtag). s. 239: s. 249: Ethanol omdannes i leveren til acetaldehyd vha. alkohol dehydrogenase (i cytosol)Acetaldehyd omdannes til acetat vha. aldehyd dehydrogenase (i matrix). (Bemærk NAD+)Normalt er NADH/NAD+ forholdet lavt i leveren

Uheldig kombination:Indtagelse (og omsætning) af meget alkohol. Samtidig begrænset fødeindtagEfter længere tids faste: Opretholdelse af et vis niveau af blodsukker kræver gluconeogeneseEn vigtig forudsætning for betydelig gluconeogenese er PYRUVAT

Intensiv alkoholomsætning↓

NADH/NAD+ forholdet er højt↓

Begrænset omsætning af laktat til pyruvat (s. 240; kræver NAD+)

Manglende omsætning af laktat til pyruvat↓

Laktat acidoseNedsat niveau af gluconeogenese

18

Stor NADH/NAD+ ratio↓

Nedsat omsætning af glycerol (fig. 15.5)

Kontrol af glycolyse og gluconeogenese. Lektion 6Alosterisk Se fig. 16.19: Stiplede linier viser allosterisk kontrol (hhv. positiv og negativ) på trin i glycolysen og gluconeogenese

Hvornår er det hensigtsmæssigt at der foregår glycolyse? Når cellen mangler energiManglende energi

↓Høj konc. af AMPLav konc. af ATP

ATP/ADP-ratio påvirker de to pathways

Eksempler på feed-forward kontrolF-6-P fremmer omsætning af F-6-P vha. PFKF-1,6-BP fremmer omsætning af PEP vha. PK

Nok energi → Ophobning af citrat → Hæmning af glycolysen (PFK)

Mangel på oxaloacetat → ophobning af Acetyl CoAAcetyl CoA stimulerer omdannelse af pyruvat til oxaloacetat → mulighed for TCA eller gluconeogenese

Hormonel kontrol af glycolyse/gluconeogenese. Fig. 16.20Lever (16.20(a)):

Glucagon (udskilles ved lav [Glucose]BLOD og/eller Adrenalin (kamp/flugt-respons)

↓Glycogenolyse

GluconeogeneseDet er altså meningen, at leveren skal mobilisere energi til andre væv (bl.a. hjerne, RBC & muskler) Derfor er det vigtigt at hæmme glycolysen

Muskel (16.20(b)):Adrenalin

↓Glycogenolyse

GlycolyseBegrænset gluconeogenese

Regulatorisk: F-2,6-BP Fig. 16.21; Kontrol af glycolyse i leverenHøjt niveau af F-2,6-BP → glycolyseLavt niveau af F-2,6-BP → gluconeogeneseSe metabolisk skema

19

Syntese/nedbrydning af F-2,6-BP?Enzymet, der katalyserer syntese af F-2,6-BP er BIFUNCTIONELT – det indeholder 2 katalytiske sites: Et site danner F-2,6-BP (PFK2). Et site nedbryder F-2,6-BP (bisphosphatase)Se. Fig. 16.22(Kovalent regulering, fx phospherylering)

Lever:Glucagon/Adrenalin

↓cAMP

↓Aktivering af cAMP-afh. protein kinase

(PKA) (fig. 16.16)↓

Nedbrydning af F-2,6-BP (fig. 16.22)↓

Hæmning af PFK (fig. 16.21)↓

Hæmning af glycolysen

Muskel:

Adrenalin↓

cAMP↓

Aktivering af cAMP-afh. protein kinase (PKA) (fig. 16.16)

↓PFK2 (isoform) phosphoryleres IKKE

↓Ingen nedbrydning af F-2,6-BP (fig. 16.22)

↓Konc. af F-2,6-BP stiger

↓Stimulation af PFK (fig. 16.21)

↓Øget niveau af glycolyse

Energikilden FEDT. Kap. 13

Fedt udgør det største energidepot i kroppen

Se s. 154: Der tales om, at mængden af energi

lagret i fedt typisk er ca. 50 x større end mængden af energi lagret i glycogen. Der er stort set ikke grænser for

omfanget af dette depot!!

Indholdet af energi pr. vægtenhed er omkring

dobbelt så stort i fedt sammenlignet med glycogen/protein

Se s. 216 mht. vigtige forhold omkr. fedtsyreoxidation:TAG spaltes til FFA (frie fedt syre) + glycerol (fig. 9.7);

20

Glycerol kan omdannes til glucose vha. gluconeogenese (fig. 15.5)

Glucagon → FFA fra fedtvæv → Optagelse i perifere vævFFA transporteres bundet (reversibelt) til serum albuminOxidation af FFA kræver aktivering (til acyl CoA)Βeta-oxidation; Sekventiel fraspaltning af acetyl CoA fra acyl CoA

Aktivering: Vha. enzymet fatty acyl-CoA synthetase. På den ydre mitochondrielle membran

Fig. 13.1 Transport Fedtsyren føres over IMM sammen med carnitin (som fatty acyl-carnitin-kompleks)I matrix gendannes fatty acyl CoA og carnitin føres ud af matrix igenOverførsel til og fra carnitin: Sker vha. hhv. carnitin acyl transferase I og II

Beta-oxidation Fig. 13.2Der er 4 trin I hver runde af beta-oxidation:

Indførelse af dobbeltbinding (oxidation) Addition af vand (→ alkohol dannes) Oxidation (sekundær alkohol → keton) Thiolyse

De første 3 trin svarer til omdannelse af succinat til oxaloacetat (fig. 12.11)Energiudbytte ved Beta-oxidation: Ved en runde dannes 1 FADH2 + 1 NADH

Eksempel med palmitinsyre (C16)Hvor mange gange kan der ske fraspaltning af C2? Svar: 7 gangeResultat: C16 + 7 NAD+ + 7 FAD + 7 H2O + 7 CoA-SH 8 acetyl CoA + 7 NADH + 7 FADH2 + 7 H+

8 acetyl CoA i TCA (8 x 3) NADH + (8 x 1) FADH2 + (8 x 1) GTPEnergi ialt:31 NADH → 31 x 2,5 ATP ═ 77,5 ATP15 FADH2 → 15 x 1,5 ATP ═ 22,5 ATP8 GTP ═ 8 ATPIalt ═ 108 ATPSide 227; Pris for aktivering ═ 2 ATPNetto energi ═ 106 ATPOxidation af umættet fedtsyre (side 218):Vha. isomerase flyttes eksisterende dobbeltbindingVed beta-oxidation af polyumættet fedtsyre anvendes evt. yderligere specielt enzym

Anvendelse af Acetyl CoA: TCA Ketonstoffer (energi) Steroler og fedtsyrer

Fig. 9.15. Lever:Sult → Optagelse af FFA → Acetyl CoA (vha. beta-oxidation) → KetonstofKetonstoffer kan herefter frigives til blodet og fungere som energikilde i bl.a. hjerne og muskler

21

Syntese af ketonstofferFig. 13.3. Se Metabolisk kort mht. skæbnen for HMG-CoAI perifere væv optages ketonstoffer. Side 220/ metabolisk skema:

Acetoacetat omdannes i mitochondrier til acetoacetyl CoA Acetoacetyl CoA spaltes til 2 molekyler acetyl CoA Acetyl CoA indgår i TCA → Energi

Acetoacetat kan spontant omdannes til acetone, der herefter forekommer i udåndingsluften

Oxidation af fedtsyrer med ulige antal kulstofatomerSe side 219: C5 spaltes til C3 og C2Propionyl CoA omdannes til succinyl CoA, der indgår i TCA

Syntese af fedt og relaterede forbindelser Kap 14Se metabolisk kortHvornår sker der deponering af energi i form af fedt? Når der er rigeligt med energi i blodet

Deponering af energi i form af fedt↓

Mindre vægt (sammenlignet med deponering i form af glycogen/protein)↓

Bedre mulighed for overlevelse (mere mobil, lavere energibehov m.m.)

Udgangspunktet for syntese af FFA er Acetyl CoA, deponeret i form af fedt; (Sammenlign med beta-oxidation)Metabolisk skema: Glucose-optagelse

↓Pyruvat

↓Acetyl CoA

↓FFA

↓TAG

Fig. 14.4: Acetyl-CoA i mitrochondria matrix, skal transporteres til cytosol. Oxaloacetate + Acetyl Coa Citrat. (Transporteres uden brug af energi) Citrat spaltes i cytosol af ATP krævende enzym. Først skal Acetyl CoA aktiveres: Side 223Acetyl CoA omdannes til malonyl CoA vha. acetyl CoA carboxylase

Sammenligning af fedtsyre syntese og beta-oxidation.

Fedtsyre syntese (Reduktion)

Butuyl-Acp (C4)↑ (NADPH)

Crotonyl-Acp↑ ( H2O)

D-3-hydroxylbutynyl-AcP↑ (NADH)

Acetoacetyl-AcP (C2)

↑ (Malonyl-AcP)

Acetyl-AcPHVOR: Cytosol

VHA: Multienzymkompleks FAS

Beta-oxidation (nedbrydning)

Acyl-CoA (C2)↓ ( FADH2)

22

Enoyl-Coa↓ ( H2O)

Hydroxa Cyl-CoA↓ ( NADH)

Ketoacyl-CoA

↓ ( Acetyl-Coa)

Acyl-CoA (Cn-2)HVOR: Matrix

VHA: Forskellige frie enzymer.

23

Hvordan kommer acetyl CoA ud fra mitokondriet ? Svar ovenfor – omdannes til citrat => oxaloacetat +Acetyl CoA Oxalo acetat => malate => pyruvat + NADPH – til brug i fedtsyre syntesen

Hvorfor fraspaltes CO2 igen ? : således at malonyl – kan sættes sammen med acetyl og forlænge kæden – katalyseres af FAS – brunger malonyl tæt på acetyl hvorved der sker en nucleofil reaktion hvor CO2 hopper af og CH2 gruppen herved bliver nucleofil – den slår sig på den nærmeste ledige

24

Pentose Phosphat Pathway (PPP) Kap. 17Dette drejer sig om alternativ omsætning af glucoseFormål med PPP:

Der dannes ribose-5-phosphat (R-5-P) (til nucleotid- og nucleinsyresyntese) Der dannes NADPH; Indgår i syntese af fedtsyre, cholesterol & steroider Mulighed for metabolisering af højt niveau af pentosesukker i diæten

Hvor foregår PPP? I cytosol Celler med f.eks. fedtsyresyntese: Lever og fedtvæv Celler med DNA-syntese: Alle pånær RBC Celler med specielt behov for NADPH: RBC

Altså i alle celler; Omfanget varierer dog betydeligt

PPP har to faser (s. 268) Oxidative (ribose-5-p + NADPH) Nonoxidative ( 5 stk. ribose-5-p 6 stk. G-6-P)

Oxidative fase: Fig. 17.1. G-6-P omdannes irreversibelt til R-5-P. Se metabolisk kortDer dannes altså NADPH, der kan bruges i forskellige sammenhænge

Cellers behov for produkterne R-5-P og NADPH varierer meget Celle i fedtvæv: Større behov for NADPH end R-5-P Celle i hurtigtvoksende væv: Større behov for R-5-P end NADPH Celle med lige stort behov for NADPH og R-5-P: Der er IKKE behov for den non-

oxidative del af PPP

Den nonoxidative fase Formål: Omdannelse af det dannede sukker mhp. bedre udnyttelse i cellenFig. 17.2: EnzymerTransketolase: Overfører C2-enheder fra ketosesukker-phosphat til aldosesukkerTransaldolase: Overfører C3-enheder fra ketosesukker-phosphat til aldosesukkerDer kræves i disse reaktioner: En ketosedonor + En aldoseacceptor

Omdannelse af overskud af R-5-P til G-6-P. Se fig. 17.3 og Fig. 17.4 Reaktionen mellem Acceptor: R-5-P og Donor: Xylulose-5-phosphat (X-5-P)C2 overføres fra X-5-P til R-5-P vha. transketolase

25

Ny acceptor: Glyceraldehyd-3-phosphat (G-3-P). C3 overføres fra Sedoheptulose-7-phosphat vha. transaldolaseNy acceptor: Erythrose-4-phosphat. C2 overføres fra X-5-P vha. transketolase2 x G-3-P → Fructose-6-phosphat (F-6-P) (side 269)Således har vi fået omdannet R-5-P (fra PPP) til G-6-P.G-6-P kan herefter metaboliseres videre i cellen

Ribose i kosten kan på lignende vis omdannes til G-6-P, idet ribose blot skal phosphoryleres først

Celle med stort behov for R-5-P, men ikke NADPH. Se fig. 17.5s. 270: Syntese af NADPH, men IKKE R-5-P. F.eks. i celler med stort niveau af fedtsyntese

Fedt og cholesterol trafik i kroppen (s. 170)

Tidligere har vi beskæftiget os med optagelse og transport af fedt og cholesterol fra tarmepitelceller til blodet (via lymfen). Dette sker i form af chylomicroner (s.152)

Opbygning af chylomicroner: Hydrophob kerne, Hydrophil skal.

Hvad sker der med TAG?TAG optages af:

Fedtceller mhp. oplagring Mælkekirtelceller mhp. udskillelse i mælk Muskler/andre væv mhp. energidannelse Lever

TAG kan IKKE optages direkte over PM!!

Fig. 10.16:I kapillærerne findes lipoprotein lipase: Lipoprotein lipase → spaltning af TAG til FFA + glycerol.Niveau af lipoprotein lipase varierer med typen af væv

Hvilke væv har højt niveau af lipoprotein lipase? Fedtvæv Mælkekirtelvæv

Niveau af lipoprotein lipase afhænger af hormonerHvornår er der basis for optagelse af FFA i fedtceller og mælkekirtelceller?Når der er højt niveau af chylomicroner, altså efter et fedtholdigt måltid.

Stor Insulin/Glucagon-ratio↓

Øget niveau af lipoprotein lipase (altså kvantitativ forskel)

Fig 10.16(b)Spaltning af TAG i chylomicroner vha. lipoprotein lipase

↓chylomicronerne aftager i størrelse: Chylomicron remnants (CR)

Indhold i CR: Cholesterol samt ca. 10% af de oprindelige TAG´s

26

Fig. 10.16CR optages i leverceller vha. receptormedieret endocytoseReceptoren på levercellen genkender Apolipoprotein E (Se fig. 10.15 mht. skitsering af receptormedieret endocytose)

Den videre skæbne af cholesterol gennemgås i dobbelttime nr. 10

Side 174 Frigivelse af FFA fra fedtcellerI fedtceller lagres FFA som TAGFør FFA kan frigives fra fedtceller kræves lipase, der spalter TAG til glycerol + FFADenne lipase er hormonfølsom

Hvornår er der behov for mobilisering af FFA? Ved mangel på energi (sult)↑ Glucagon

(lav Insulin/Glucagon-ratio)↓

Aktivering af hormonfølsom lipase↓

FFA + glycerolSamme respons ses ved udskillelse af adrenalin/noradrenalin

I hvilken form transporteres FFA fra fedtvæv til f.eks. muskel? Bundet til serum albumin i blodetFFA frigives fra albumin og optages vha. passiv diffusion. Glycerol omdannes herefter i leveren til glucose

Serum albumin KAN IKKE passere blod-hjerne-barriere↓

FFA kan ikke optages (og anvendes som energi) i hjernen!!Kan omdannes til keton-stoffer i leveren, der dermed kan bidrage som energikilde til hjernen.

Ikke-hormonel kontrol af fedtsyre-ox og FAS (s. 259). Kap 16Se fig. 16.26: For at undgå futil cyclus er det vigtigt at fedtsyre-oxidation og fedtsyre-syntese IKKE er aktive samtidigt.

”Begrænsende faktor”: Committed step i fedtsyre-syntese: Acetyl-CoA carboxylase; katalyserer omdannelsen af Acetyl CoA til Malonyl-CoA (se s. 223)Dette step inhiberes af Fatty acyl-CoA (det første produkt i fedtsyre-ox.):

Behov for energi↓

TAG → Glycerol + FFA↓

FFA aktiveres til Fatty acyl-CoA↓

Fedtsyre syntese hæmmes idet fatty acyl-CoA hæmmer Acetyl-CoA carboxylase Malonyl-CoA hæmmer allosterisk overførsel af fatty acyl gruppe til carnitin og hermed transport af fatty acyl til matrix, hvor oxidationen foregårCitrat fremmer aktiviteten af Acetyl-CoA carboxylase:

27

Rigeligt med føde↓

Citrat transporteres ud af matrix↓

I cytosol omdannes citrat til Acetyl-CoA↓

Citrat fremmer omdannelsen af Acetyl-CoA til Malonyl-CoA↓

Øget niveau af fedtsyresyntese

Hormonel kontrol af fedtmetabolisme (Side 260)I fedtcelle: FFA + glycerol → TAG. Denne syntese stimuleres af insulin

TAG → FFA + glycerol; vha. hormonfølsom lipase. Spaltning stimuleres af glucagon/adrenalin

Fig. 16.27: Den hormonfølsomme lipase findes på to former: Aktiv (phosphoryleret) / Inaktiv.

Glucagon/adrenalin↓

cAMP↓

Aktivering af protein kinase↓

Phosphorylering af hormonfølsom lipase↓

Spaltning af TAG til FFA og DAG/MAG/GlycerolInsulinStimulation af fedtsyresyntese i leveren. Høj insulin/glucagon-ratio → nedsat frigivelse af FFA fra fedtceller. Øget optagelse af glucose i fedtceller. Altså mulighed for øget syntese af TAG i fedtceller

Metabolisk kontrol. Kapitel 16.Hvad opnås ved kontrol?

Futile cycler undgås Koordination af energibehov og energisyntese Koordination med fysiologiske behov

Se figur 16.1 og 16.2: Effekt af futile cycler: Forbrug af ATP. Produktion af varme

På hvilke trin kan man opnå reciprok kontrol af hhv. syntese- og nedbrydningspathways? Ved irreversible metaboliske trin

Betydning af irreversibelt trin? Den modsatrettede reaktion skal katalyseres vha. et andet enzym

Fordel ved forskellige enzymer? De kan kontrolleres hver for sig Det ene kan aktiveres samtidig med at det andet kan inhiberes

Resultat af uafhængig kontrol? Mere effektiv regulation

28

Kontrol af enzymaktiviteterKvantitativ regulering: Forskel på niveau af enzymKvalitativ regulering: Forskel på aktivitet af enzym

Kvantitativ regulering:Hvordan opnås øget niveau af enzym? Vha. øget produktion Og/eller vha. reduceret nedbrydningEks.:

Øget niveau af substrat↓

Transcription af gen kodende for tilsvarende enzym↓

Øget niveau af mRNA↓

Øget niveau af enzym

Denne form for regulering tager tidSide 245: Indenfor timer sker ændring af enzymindhold i leveren som svar på ændring i diæt

I Bakterier foregår der hurtig induktion af metaboliserende enzymer; På 2. semester blev der i øvelsen målt β-galactosidaseaktivitet mindre end to minutter efter tilsætning af inducer.

Kvalitativ reguleringMængden af enzym er uændret. Der sker ændring af aktivitet. Reguleringen foregår øjeblikkeligt. Hvilke enzymer reguleres?Side 245: Feedback-hæmning. Oplagt at slutproduktet hæmmer det første trin i syntesen

To vigtige måder, hvorpå enzymaktiviteten kan modificeres: Allosterisk kontrol Binding af activator

Binding af inhibitor↓

Affinitet mellem enzym og substrat ændres

Kovalent modifikationF.eks. phosphorylering/dephosphorylering (Kinase / phosphatase)

↓ Aktivitet af enzym ændres

Allosterisk kontrolFig. 16.3: Sammenhæng mellem konc.af substrat og reaktionshastighed for hhv.:Klassisk Michaelis-Menten (M-M) enzym. (Facon af kurve for klassisk M-M enzym. Hyperbolisk)Allosterisk reguleret enzym. (Facon for allosterisk reguleret enzym: Sigmoid)

Sigmoid form:Vha. lille ændring i substratkoncentration opnås stor forskel på reaktionshastighed. Hvorfor sigmoid form? Se fig. 16.5:

Binding af ét substratmolekyle↓

29

Øget mulighed for binding af næste substratmolekyleDer er tale om positiv cooperativitet; Se s. 67 mht. hæmoglobin

Fig. 16.4: Viser effekt af hhv. Allosterisk activator og Allosterisk inhibitor.

Hvordan bindes Activator/inhibitor til enzymer? Vha. ikke-covalente bindingerDer er tale om reversibelt ”Tænd/Sluk”-system. ”midlertidige bindinger”. Vha. allosterisk kontrol kan forskellige metaboliske pathways koordineres

Enzymer kan påvirkes af flere allosteriske signaler↓

Effektiv koordinering af metabolismen

Kontrol af enzymaktivitet vha. kovalent modifikation Fra 2. semester kendes forskellige typer kovalent modifikation af proteiner:

Phosphorylering Methylering Acetylering

I eucaryote celler er phosphorylering/dephosphorylering langt den vigtigste form for modifikation af enzymaktivitet Fig. 16.6Phosphorylering: Vha. kinasePhosphatdonor: ATP

Dephosphorylering: Vha. phosphataseReaktionstype: Hydrolyse

Phosphorylering/dephosphorylering i forbindelse med metabolisk kontrol:Side 248: Phosphorylering/dephosphorylering i forbindelse med genregulering: På tyrosinHvordan reguleres aktivitet af kinaser og phosphataser? Hyppigt varetages vha. hormoner

Hormoner↓

Mulighed for at koordinere aktiviteten i en flercellet organismeVigtige hormoner involveret i metabolisme af Fedt og Kulhydrat

Glucagon Insulin Adrenalin

Hvordan virker glucagon, insulin og adrenalin? Fig. 16.7Binding af hormon til receptor på targetcelle

↓Respons i cellen (via second messenger)

Fig. 16.9Binding af glucagon/adrenalin

↓Aktivering af adenylat cyclase

↓

30

Syntese af cAMP

Fig. 16.10cAMP tænder for protein kinase (PKA)

↓Phosphorylering af specifikke enzymer

↓Ændring af enzymaktivitet

Fig. 16.11 cAMP AMP vha. enzymer cAMP phosphodiesterase

Regulation af metabolisme i leveren i hhv. velfodret og sult tilstand vha. Allosteriske effektorer Kovalent modifikation Kvantitativ ændring i enzym-niveau

Allosterisk kontrol af leverenzymer i velfodret tilstand. Se fig. 16.19 s. 256Rigeligt med glucose

↓Glycolyse tændt; gluconeogenese slukket

Glycogen syntese tændt; glycogenolyse slukketFedtsyre syntese tændt; fedtsyre-oxidation slukket

Fructose-2,6-BP: se fig. 16.21; Stimulerer glycolysen. Hæmmer gluconeogenesenSyntesen af Fructose-2,6-BP reguleres vha. hormoner: Insulin medfører øget syntese af F-2,6-BP.

Kontrol af metabolisme i lever vha. kovalent modifikation i velfodret tilstandInsulin Dephosphorylering; tænder for:

Glycolyse; Pyruvat kinase Glycogen syntese; Se fig. 16.17 Fedtsyre syntese; Acetyl CoA carboxylase er aktiv

Insulin medfører: Kovalent modifikation (dephospherylering) Niveau af F-2,6-BP (stiger) (Allosterisk) Syntese/nedbrydning af enzym (kvantitativt)

Mangel på glucose = sult. (leveren) fig. 16.19 s. 256

Insulin/Glucagon-ratio Falder. (normal: 0,5, kan falde ned til 0,05) Der bliver slukket for alt, hvad ”insulin tænder”:

Glycolyse slukket; gluconeogenese tændt* Fedtsyresyntese slukket, fedtsyre oxidation tænder Citronsyre cyclus slukket, der dannes ketonstoffer Inaktivering af PDH (fig. 16.25)

*) Se fig. 16.21; mangel på Fructose-2,6-BPSyntesen af Fructose-2,6-BP reguleres vha. hormoner: Glucagon reducerer niveau a F-2,6-BP

31

Aminosyremetabolisme Kapitel 19

Fordøjelse af proteiner i bl.a. tyndtarmen (figur 9.2)Aminosyrer optages i tarmepitelceller og transporteres til leveren. Indbygges i proteiner. Aminosyrer optages fra blodet af celler vha. selektiv transport

I alle celler, der syntetiserer protein, er der behov for aminosyrerVed mangel på energi kan der foregå nedbrydning af protein: Fig. 9.15

Tabel 19.1: Problem med fejlernæring, idet 10 af de anvendte aminosyrer er essentielle

Hvad sker der med overskud af protein? Det oxideres og omdannes til glycogen eller fedtSe fig. 9.14; Se metabolisk kort. Altså har vi ingen ekstra lager af f.eks. essentielle aminosyrer

Problem med mangel på essentielle aminosyrer: Mangel på bestemte proteiner Mangelsygdom Vægttab Utilstrækkelig vækst Skadelig virkning på hjernen

Lavt niveau af serumproteiner↓

Reduceret osmotisk tryk i blodet Oedema i væv

Der er tale om en ond cirkelMangelfuld proteinsyntese

↓Mangel på proteiner med højt turnover (f.eks. fordøjelsesenzymer)

Mangel på fordøjelsesenzymer↓

Utilstrækkelig fordøjelse og absorption af føde

Tabel 19.1 Essentielle/nonessentielle aminosyrerVisse aminosyrer er conditionelt essentielle (Cys & Tyr)

Uheldig kombination: Behov for alle de essentielle aminosyrer + Manglende aminosyrelagerHvorfor har evolutionen bragt os (mennesket) i en så sårbar situation? Svaret er ukendt

Kroppens nitrogenbalanceNitrogenbalance ses når: Mængde af optaget nitrogen = Mængde af udskilt nitrogenEstimat: Ca. 0,3% af total nitrogen i kroppens proteiner omdannes dagligt til urinstof og udskillesGenerel metabolisme af aminosyrer

Se fig. 19.1 Følgende temaer vil vi beskæftige os med: Deaminering: Aminogruppe i aminosyren fjernes Hvad er ketosyrens skæbne? Urinstofdannelse

32

Deaminering (s. 284)Sker bl.a. ved behov for energi. (aminosyre ketosyre) Glutamat dehydrogenase spiller vigtig rolle mht. deaminering af mange aminosyrer

Hvornår sker der syntese af ammoniak ud fra aminosyrer?Ved turnover af proteiner. Når der er behov for glucose (byggesten) eller energi

Se metabolisk kort: Hvilke muligheder har alpha-ketoglutarat?TCA: alpha-ketoglutarat → OxaloacetatGluconeogenese: Oxaloacetat → Glucose

Regulation af glutamat dehydrogenaseHvornår er der behov for nedbrydning af aminosyrer?Når cellen mangler energi: Ved højt niveau af ADP/GDP (AMP/GMP)

Deaminering af andre aminosyrer end glutamat:De fleste aminosyrer overfører aminogruppe til alpha-ketoglutarat under dannelse af glutamat og korresponderende ketosyre; Se s. 284 (Alanin → Pyruvat) Dette trin kaldes Transaminering

Transamineringsreaktionen er reversibel. Princip i transaminering vist på fig. 19.3

Fig. 19.2: Pyridoxal phosphat (PLP) virker som transaminase cofaktorPyridoxal phosphat har dannet komples med Lysin aminogruppe

Se reaktioner s. 286 samt fig. 19.3 mht. forløbetAminogruppe fjernes fra Aminosyre 1 → Ketosyre 1 dannesAminogruppe overføres til Ketosyre 2 → Aminosyre 2 dannesSamlet: Aminosyre 1 + Ketosyre 2 → Ketosyre 1 + Aminosyre 2Altså: Vha. aminogruppe kan ketosyre omdannes til aminosyre

Serin & Cystein har specielle deamineringsmekanismer. Se fig. 19.4Ser har OH; Cys har SHProduktet ved deaminering af Ser eller Cys: Pyruvat

Skæbne for ketosyre eller kulstofskelet af deaminerede aminosyrer? Se fig. 11.10Hvilke aminosyrer kan give anledning til glucosesyntese? De glucogeneSe fig. 19.1Glucogene aminosyrer: Under sult/faste kan ketosyrer herfra omdannes til glucoseKetogene aminosyrer: Acetyl CoA, Under faste/sult omdannes Acetyl CoA til ketonstoffer

To aminosyrer er udelukkende ketogene: Det drejer sig om Leucin & Lysin Se metabolisk kort mht. omsætning af disse to aminosyrer (markeret med blå)

Visse aminosyrer er både glucogene og ketogene (5 stk)

Urinstofcyclus s. 292Fig. 19.1

33

I pattedyr udskilles aminogruppen fra kataboliserede aminosyrer hovedsageligt som urinstof

Kendetegn ved urinstof: Meget vandopløseligt Inert (reagerer IKKE) Harmløst (ikke giftigt)

Formål med urinstofdannelse samt udskillelse via urinen? Akkumulation af toksisk ammoniak forhindres.

Urinstofsyntese: Se s. 292Arginin omdannes vha. arginase til urinstof + ornithinArginin gendannes vha. urinstofcyclus: Se fig. 19.14 & 19.15 + metabolisk kort

Ammoniak + bicarbonat → Carbamoyl phosphat (under brug af 2 ATP) Carbamoyl phosphat er en højenergirig forbindelse

Ornithin + carbamoylphosphat → Citrullin (fig. 19.15)

Hvor foregår syntesen af citrullin? I mitochondrie matrixOmdannelse af citrullin til arginin foregår derimod i

cytosol

Citrullin + aspartat + 2 ATP → ArgininosuccinatArgininosuccinat spaltes til arginin + fumaratFumarat indgår i TCA → → Oxaloacetat

Se s. 285: Oxaloacetat kan ved transaminering omdannes til aspartatAspartat kan herefter igen indgå i urinstofcyclus

Transport af nitrogen fra a.s. fra extrahepatisk væv til lever mhp. omdannelse til urinstof S.294Der foregår hele tiden nedbrydning af proteinerHalveringstid for proteiner varierer megetEksempler:Insulin: ≤ 1 timeHæmoglobin: Adskillige månederCrystaliner i linsen: Hele livetHovedparten af proteinerne nedbrydes i løbet af få dage

Problem med ammoniak:Er toksisk – kan skade funktion af hjernen og medføre komaLøsning: Aminogruppe fra aminosyrer indgår i syntese af glutamin og alanin

Glutamat → Glutamin (Ammoniak går sammen med glutamat under dannelse af glutamin (s. 294))

Hvor har vi glutamat fra? Fra TCA

34

Alpha-ketoglutarat → Glutamat. Se reaktion s. 285

Glutamin: Udgør 50% af cirkulerende aminosyre molekylerAmidgruppen i glutamin er nitrogendonor i forbindelse med syntese af bl.a. purin baser og aminogruppen i cytosin

Alanin: s. 237: Mere end 30% af de aminosyrer, der forlader musklerne efter proteinnedbrydning, er alanin. Alanin udgør kun en lille del af proteinernes aminosyrer, men mange andre aminosyrer giver anledning til syntese af alanin. Se fig. 15.3

Hvor transporteres glutamin og alanin hen? Hovedsageligt til lever. I mindre omfang til nyrer

I lever:Vha. glutaminase og glutamat dehydrogenase dannes der ammoniak ud fra glutamin; se bl.a. s. 294 og s. 284 mht. reaktionerDer dannes også ammoniak ud fra alanin

Ammoniaks skæbne? Indgår i syntese af urinstof

I nyrer:Der dannes ammoniak ud fra glutamin og alaninAmmoniaks skæbne? Udskilles

I urinstofcyclus indgår forbrug af bicarbonat; Se fig. 19.15Hvilken rolle spiller bicarbonat normalt? Buffer

NB: Der er altså to muligheder mht. glutamin:I leveren medfører det syntese af ammoniak, der indgår i urinstofsynteseI nyrerne dannes der ammoniak, der udskilles som ammoniumioner

Ved acidosis er der behov for bicarbonatFor at spare på bicarbonat overfører der mere glutamin fra lever til nyrer Glucose-alanin cyclus

Under sult er der brug for gluconeogenese, idet glycogendepoterne er udtømte efter ca. 1 døgnHer spiller transporten af alanin fra muskler til lever en vigtig rolle Fig. 15.3Ved deaminering af alanin dannes der ammoniak og pyruvat; Se s. 284I leveren omdannes pyruvat til glucose vha. gluconeogenese Fig. 15.2Det dannede glucose kan nu fungere som brændstof i musklerne Fig. 19.16Blod koagulation Kap. 29 (s. 483-486) Krav: Det skal gå hurtigt, reagere på lille signal. Løsning: Kaskade reaktion Clot dannelse Kaskade: Inaktiverede enzymer aktiveres. Lille signal stort respons

Aggreationat blodplader omkring skade↓

Danner midlertidigt netværkFig. 29.1

35

Intristisk pathway – sker af sig selv. Extrinsisk pathway – afhænger af Tissue factor, der frigives fra ødelagte celler.

Fig. 29.2: Thrombin klipper fibrinogen monomere til fibrin monomere polymeriserer.

Fig. 29.3Soft clot: Spontan polymerisering af noncovalente bindinger mellem fibrin.

Enderne er komplementære til midten på fibrin monomerene. Hard clot: Mere stabilt. Covalente bindinger mellem sidekæderne, kræver enzym.

TPA: Forhindre uhænsigsmæssig blod clot begrænses til det skadede område.

Vitamin K er nødvendig for at danne thrombin.

36