Kapittel 7: Cellulære spor for høsting av kjemisk energi

Transkript

1 Kapittel 7: Cellulære spor for høsting av kjemisk energi Glykolyse og cellulær respirasjon Glykolyse Sitronsyresyklus Elektrontransportkjeden med oksydativ fosforylering Aerobisk respirasjon: benyttes av de fleste organismer, krever tilgang på O2,... Anaerobisk respirasjon Fermentering (gjæring) Alternative brensel for cellen Betydning av kostens sammensetning for immunsystemet Cellulære spor for høsting av kjemisk energi -forbrenning av glukose fører til produksjon av karbondioksyd, vann og mye energi i form av lys og varme -de fleste organismer kan metabolisere glukose ved hjelp av glykolyse og cellulær repirasjon C 6 H 12 O O 2 6 CO H 2 O + energi (ATP og varme) -cellulær respirasjon er kjemisk sett en oksydasjons/reduksjonsprosess (redox) -oksydasjon: tap av elektroner e - -reduksjon: erhværvelse av e - oksydasjon AH 2 + B BH 2 + A reduksjon

2 -NAD og FAD er elektronbærere i redox prosesser NADH + H + +1/2 O 2 NAD + + H 2 O -ATP er energigevinsten oksydativ fosforylering substrat-fosforylering Cellulær metabolisering av glukose i nærvær av oksygen: Glykolyse Sitronsyre-syklus (Krebs syklus) Elektrontransportkjeden med oskydativ fosforylering -Glykolyse (cytosol) glukose (6C) brytes ned til to molekyl pyruvat (3C) via 10 kjemiske reaksjoner kontroll av glykolyse skjer i aktivitetsmodulering av fosfofruktokinase (rx.3) enzymet høy ATP konsentrasjon sitronsyre høy ADP, AMP ved hardt muskelarbeid (100x) -energiproduksjon i glykolyse: 2 ATP / glukosemolekyl -endeprodukter i glykolyse: 2 pyruvat og 2 NADH

3 Sitronsyresyklus (mitokondriet) -første gang beskrevet av Hans Krebs i 1937, refusert av «Nature», fikk senere Nobelprisen for oppdagelsen -oksydasjon av brenselsmolekyl koblet til reduksjon av NAD + og FAD -består av 9 kjemiske reaksjoner med bl.a. CO 2 frigjøring, og substratnivå fosforylering -produkter i sss: 2 CO2, FADH2, 3 NADH, ATP pr. acetyl CoA

4 Elektrontransportkjeden (mitokondriets indre membran) -redusert NADH og FADH2 oksyderes i elektrontransportkjeden ved donasjon av e - og H + -store mengder energi høstes i form av ATP-produksjon -energifattige e - fanges opp av O 2 og produserer vann -ATP produseres via oksydativ fosforylering -totalt energi-regnskap glykolyse/respirasjon: substratnivåfosforylering kjemiosmose pr. glukosemolekyl 4 ATP 32 ATP 36 ATP -ATP - 7,3 kcal/mol, 36 ATP 263 kcal/mol glukose 686 kcal/mol utnyttelsesgrad 38% (forbrenningsmotor 35%)

5 Aerobisk respirasjon: benyttes av de fleste organismer, krever tilgang på O2,... Anaerobisk respirasjon Fermentering (gjæring) Alternative brensel for cellen Betydning av kostens sammensetning for immunsystemet Cellulær forbrenning Aerobisk respirasjon Aneaerobisk respirasjon Gjæring (fermentering) Aerobisk respirasjon -består av glykolyse, sitronsyresyklus, elektrontransportkjeden med oksydativ fosforylering -benyttes av de fleste organismer -krever tilgang på O 2 -fri energi frigjort under oksydering av glukose blir brukt til oksydativ forsforylering

6 -mesteparten av energien kommer fra oksydativ fosforylering Anaerobisk respirasjon -metabolsk nedbryting uten O 2 -består av glykolyse, sitronsyresyklus, elektrontransportkjeden med oksydativ fosforylering -benyttes av bakterier i jord, slam -e - akseptor er uorganiske ioner, sulfat (S ), nitrat (NO 3 - ) eller CO fører til dannelse av nitritt, nitogenoxyd, HS eller metangass Gjæring -gjærende organismer er enkle i glukoseutnyttelse -gjæring er identisk til glykolyse med noen ekstra rx. -ATP lages ved substratnivå fosforylering -endeprodukt i glykolysen konverteres til energirikt organisk avfall, alkoholer og syrer -gjæring utføres av en god del bakterier og gjær Melkesyregjæring -NADH reduserer pyruvat til melkesyre -foregår i bakterier og i muskel ved O 2 -mangel

7 Alkoholgjæring -NADH reduserer pyruvat til etanol via dekarboksylering av pyruvat -i gjær og bakterier Alternative brensel for cellen: Fett og proteiner -fett er dobbelt så energirikt som glukose (w/w) -fettsyrer nedbrytes med β-oksydasjon og aktiveres med coenzyma og danner actyl-coa -entrer sitronsyresyklus -protein hydrolyseres til aminosyrer, deamineres og inngår forskjellige plasser før og i sitronsyresyklus -Biosyntese av protein og fett: mellomprodukter i glykolyse og sitronsyresyklus er viktige utgangsstoffer!