Metabolisme

• Energigenerering


  1. Oksidasjon av mat

  2. Tre stadier ned til mindre enheter

  3. Fordøyelse
• Fordøyelse


  Bryter ned makromolekyler i maten til mer håndterbare fragmenter på et biokjemisk nivå
• Fordøyelse


  1. Proteiner hydrolyseres til 20 aminosyrer

  2. Polysakkarider hydrolyseres til enkle sukkerarter som glukose

  3. Fett hydrolyseres til fettsyrer
• Fordøyelsen er en forberedende fase, ingen nyttig energi blir fanget opp på dette tidspunktet
• Andre stadium


  Små molekyler brytes ned til noen få enkle enheter som spiller en sentral rolle i metabolismen
• Acetyl CoA


  Den aktive to-karbonenheten som er drivstoffet for de endelige stadiene av aerob metabolisme
• Noe ATP produseres i det andre stadiet, men mengden er liten sammenlignet med det som oppnås i det tredje stadiet
• Tredje stadium


  1. ATP produseres fra fullstendig oksidasjon av acetyl CoA

  2. Sitronsyresyklusen

  3. Oksidativ fosforylering
• Acetyl CoA bringer nedbrytningsproduktene av proteiner, sukkerarter og fett inn i sitronsyresyklusen, der de blir fullstendig oksidert til CO2
• Tre grunnleggende behov som krever energi


  • Utførelse av mekanisk arbeid
  • Aktiv transport av molekyler og ioner
  • Syntese av makromolekyler og andre biomolekyler
• Grunnleggende prinsipper for energistrøm

  • Drivstoff brytes ned, og store molekyler bygges gradvis opp i en serie sammenkoblede reaksjoner
  • ATP knytter energifrigjørende veier med energikrevende veier
  • Oksidasjonen av karbonbrensel driver dannelse av ATP
  • Metabolske veier er sterkt regulert for å tillate effektiv bruk av drivstoff og koordinere biosyntetiske prosesser
  • Enzymer involvert i metabolismen er organisert i store komplekser for å øke effektiviteten
• Metabolisme


  Mange sammenkoblede reaksjoner
• Metabolske veier


  1. Starter med en bestemt biomolekyl

  2. Konverterer det til en annen nødvendig biomolekyl på en nøye definert måte

  3. Prosesserer et biomolekyl fra startpunktet til sluttpunktet uten å generere unødvendige eller skadelige biprodukter
• Det er mange slike definerte veier i cellen, sammen kalt mellomliggende metabolisme
• Disse veiene er gjensidig avhengige - et biokjemisk økosystem - og deres aktiviteter koordineres av ekstremt sensitive kommunikasjonsmidler der allosteriske enzymer er dominerende
• Metabolske veier kan deles inn i to brede klasser


  • Reaksjoner som konverterer energi fra brensler til biologisk nyttige former som ATP eller iongradienter
  • Reaksjoner som krever innsats av energi for å fortsette
• Kataboliske reaksjoner eller katabolisme


  Reaksjoner som omdanner brensler til cellulær energi
• Anabole reaksjoner eller anabolisme


  Reaksjoner som krever energi, som syntesen av glukose, fett eller DNA
• Nyttig energi som produseres i katabolisme, brukes i anabolisme for å generere komplekse strukturer fra enkle eller energirike tilstander fra energifattige
• Amphibole veier


  Veier som kan være både anabole og katabole, avhengig av energiforholdene i cellen
• En termodynamisk ugunstig reaksjon kan drives av en gunstig reaksjon
• Den samlede fri energiendringen for en kjemisk koblet serie reaksjoner er lik summen av fri energiendringene for de enkelte stegene
• Metabolske veier dannes ved å koble sammen enzymkatalyserte reaksjoner slik at den samlede fri energien til veien er negativ
• ATP

  Den universelle valutaen for fri energi
• Energitransformasjon

  1. Fri energi fra oksidasjonen av karbonbrensler og fra lys transformeres til ATP

  2. ATP fungerer som donator av fri energi i de fleste energikrevende prosesser som bevegelse, aktiv transport eller biosyntese
• Størsteparten av katabolismen består av reaksjoner som ekstraherer energi fra brensler som karbohydrater og fett og konverterer det til ATP
• De andre nukleosidtrifosfatene er like energirike som ATP og brukes faktisk noen ganger som donatorer av fri energi
• Årsaken til at ATP (og ikke et annet nukleosidtrifosfat) er den cellulære energivalutaen, går tapt i evolusjonshistorien
• ATP

  En nukleotid bestående av adenin, en ribose og en trifosfat-enhet
• ATP

  Et energirikt molekyl fordi dets trifosfat-enhet inneholder to fosfoanhydridbindinger
• ATP-hydrolyse

  Frigjør en stor mengde fri energi når ATP hydrolyseres til adenosindifosfat (ADP) og ortofosfat (Pi) eller til adenosinmonofosfat (AMP) og pyrofosfat (PPi)
• Den presise AG°' for disse reaksjonene avhenger av ionestyrken i mediet og konsentrasjonene av Mg2+ og andre metallioner i mediet
• Under typiske cellulære konsentrasjoner er den faktiske ΔG for disse hydrolyser omtrent -50 kJ mol-1
• Den frie energien som frigjøres ved hydrolysen av ATP

  Brukes til å drive reaksjoner som krever et inntak av fri energi, som muskelkontraksjon
• ATP-ADP-syklusen

  Den grunnleggende måten å utveksle energi på i biologiske systemer
• ATP dannes fra ADP og Pi når brenselmolekyler oksideres hos kemoautotrofer eller når lys fanges av fototrofer
• ATP-hydrolyse


  Driver metabolismen ved å endre likevekten til koblete reaksjoner
• En ellers ugunstig reaksjon kan gjøres mulig ved å koble den til ATP-hydrolyse
• Tenk på en endergonisk kjemisk reaksjon, en reaksjon som ikke ville skje uten et inntak av fri energi, men som er nødvendig for en biosyntetisk vei
• Den nye totale reaksjonen er summen av verdien til ΔG°' for konverteringen av A til B og verdien til ΔG°' for hydrolysen av ATP