� Glykolysen� Glukoneogenesen

�Citronsyracykeln

Översikt metabolismen

�Andningskedjan

� Lipidmetabolism I� Lipidmetabolism II

Glykolysen – Vad händer med Pyruvat

Glukos

↓

↓

↓

Vid tillgång

på syre →←Vid brist på syre →

Citronsyracykeln

Omvandling av pyruvat till Acetyl-CoA

Pyruvat + CoA + NAD+ → acetylCoA + CO2 + NADH + H+

Pyruvatdehydrogenaskomplexet

• Dekarboxylering

• Oxidation• Oxidation

• Irreversibel

Omvandlingen av Pyruvat till AcetylCoA utgör

länken mellan glykolysen och citronsyracykeln

Omvandling av pyruvat till Acetyl-CoA

Katalyseras av ett enzymkomplex som består av:

• 3 olika enzymer

- Pyruvatdehydrogenas (E1) - Pyruvatdehydrogenas (E1)

- Dihydrolipoyltransacetylas (E2)

- Dihydrolipoyldehydrogenas (E3)

• 5 coenzymer

- Thiaminpyrofosfat (TPP)

- Liposyra

- FAD

- CoA

- NAD+

Katalytiska kofaktorer - kemisk

förening som binder till enzymer för

att bidra till dess katalytiska förmåga

Kofaktorer som fungerar som substrat

Omvandling av pyruvat till Acetyl-CoA – kräver B-vitaminer

B-vitaminer, benämning på ett flertal vattenlösliga vitaminer som

förekommer främst i spannmål och vegetabilier, men också i mjölk och vissa

animalieprodukter. De olika B-vitaminerna, som sinsemellan inte är kemiskt

besläktade, har betydelse för energiomsättningen, blodbildningen,

nervsystemet eller proteinomsättningen.

www.ne.se/b-vitaminerwww.ne.se/b-vitaminer

• B1 tiamin Pyruvatdehydrogenas

• B2 riboflavin FAD

• B3 niacin NAD+

• B7 biotin Karboxylaser

Mitokondrien

Omvandling av pyruvat till AcetylCoA samt citronsyracykeln sker i matrix av mitokondrien

Mitokondrierna kan sägas vara cellens kraftstationer p g a den stora produktionen av

ATP.

Mitokondrierna består av ett dubbelt membransystem:

- yttermembran

- innermembran (starkt veckat)

Området mellan membranerna kallas intermembran-utrymmet medan området

innanför båda membranerna benämns matrix.

Notera att antalet mitokondrier varierar i olika celltyper beroende på cellens funktion.

Flest mitokondrier per cell (ca 1000 per cell) har hjärtmuskelceller eftersom den

muskelcelltypen ständigt är aktiv.

Citronsyracykeln – kort översikt

Citronsyracykeln producerar:

• CO2

• GTP

• NADH

• FADH2

• Kolföreningar C6, C5, C4

Acetyl-CoA

Citronsyracyken tjänar två viktiga syften

Att reducera NAD+ samt FAD (till NADH

och FADH2) vilket i andningskedjan

resulterar i bildandet av ATP

Att förse kroppen med byggstenar som

kan användas till att bilda proteiner

eller fettsyror

• Kolföreningar C6, C5, C4

Citronsyracykeln – detaljerad översikt

2

3

8

1

4

56

7

Citronsyracykeln – reaktion 1

AcetylCoA (C2) kondenserar med oxaloacetat (C4) varmed Citrat (C6) bildas

tioesterbindning

Enzym: Citratsyntas

Energin för att driva kondensationen fås från klyvning av tioesterbindningen mellan

acetylgruppen och CoA

Citronsyracykeln – reaktion 2

Citrat isomeriseras till isocitrat – sker via intermediären cis-Aconitat

Enzym: Aconitas

Dehydratisering Hydratisering

Citronsyracykeln – reaktion 3

Oxidation och dekarboxylering av isocitrat för produktion av α-ketoglutarat

Oxidation Dekarboxylering

Enzym: Isocitratdehydrogenas

Citronsyracykeln – reaktion 4

Oxidation och dekarboxylering av α-ketoglutarat samt koppling till CoA

Oxidation

Dekarboxylering

+ H+

Enzym: α-ketoglutaratdehydrogenaskomplexet

Enzymkomplexet innehåller 3 enzymer som är homologa till de enzymer som ingår

pyruvatdehydrogenaskomplexet

Oxidation

Pyruvat + CoA + NAD+pyruvatdehydrogenaskomplexet

AcetylCoA + CO2 + NADH + H+

α-ketoglutarat + CoA + NAD+α-ketoglutaratdehydrogenaskomplexet

SuccinylCoA + CO2 + NADH + H+

Citronsyracykeln – detaljerad översikt

2

3

8

1

Nu har vi gått igenom halva

citronsyracykeln

Härmed har de två kol som

kom in i citronsyracykeln via

4

56

7

kom in i citronsyracykeln via

AcetylCoA avgått som CO2

Resterande reaktioner

syftar till att regenerera

oxaloacetat

Citronsyracykeln – reaktion 5

SuccinylCoA omvandlas till succinat

Enzym: SuccinylCoAsyntetas

• SuccinylCoA innehåller en högenergibindning

• Energin frigörs när CoA-delan spjälkas av och används för att bilda GTP

• GTP kan direkt omvandlas till ATP genom sk substratnivåfosforylering –

energin överförs direkt från en förening till en annan

GTP + ADP ↔ GDP + ATP Katalyseras av enzymet: Nukleosiddifosfokinas

Citronsyracykeln – reaktion 6

Succinat oxideras till fumarat

Enzym: Succinatdehydrogenas

Detta enzym sitter i mitokondriens innermembran och deltar även i

andningskedjan (detta återkommer vi till)

FAD används istället för NAD+ eftersom FAD är ett starkare oxidationsmedel än

NAD+ vilket behövs för att introducera en dubbelbindning i strukturen

Citronsyracykeln – reaktion 7

Vatten adderas till dubbelbindningen

Enzym: Fumaras

Citronsyracykeln – reaktion 8

Malat oxideras till oxaloacetat

Enzym: Malatdehydrogenas

Citronsyracykeln – summering reaktion 6, 7, 8

Oxaloacetat regenereras via oxidering av succinat

Oxidering Hydratisering

Oxidering

Oxidering – hydratisering – oxidering: METABOLISK motiv som återkommer

i syntes/degradering av fettsyror och i degradering av vissa aminosyror

Nedbrytning av acetylCoA:

AcetylCoA + 3 NAD+ + FAD + GDP + Pi + 2 H2O → 2 CO2 + 3 NADH + FADH2 + CoA + GTP

1 GTP motsvarar i energihänseende 1 ATP.

NADH och FADH2 återoxideras via oxidativ fosforylering viket frigör stora mängder ATP:

⇒

⇒

Citronsyracykeln – Energivinst - effektivitet

1 NADH ⇒ 2.5 ATP

1 FADH2 ⇒ 1.5 ATP

ATP-vinst/varv: 3·2.5 + 1·1.5 + 1 = 10 ATP

Idag finns det bevis för att alla enzymer som ingår i citronsyracykeln sitter nära varandra

för att effektivisera citronsyracykeln då reaktionsprodukterna kan passera direkt från en

plast till nästa i en sammankopplad kanalisering sk ”substratkanalisering”

Ett föreslaget ord på sådana multi-enzymkomplex är METABOLON

Citronsyracykeln – Kontroll 1

1. Pyruvatdehydrogenaskomplexet

Hormonstyrning leder till:

• Aktivering av ett kinas ⇒

• fosforylering av pyruvatdehydrogenas ⇒

• INAKTIVERING

• Aktivering av ett fosfatas ⇒

• defosforylering av pyruvatdehydrogenas ⇒

• AKTIVERING

Citronsyracykeln – Kontroll 1

1. Pyruvatdehydrogenaskomplexet

Muskel cell i vila

NADH/NAD+ ↑

AcetylCoA/CoA ↑

ATP/ADP ↑

Muskel cell i aktivitet

NADH/NAD+ ↓

AcetylCoA/CoA ↓

ATP/ADP ↓

PDH stängs av när cellen har god tillgång på energi!

Citronsyracykeln – Kontroll 2

Enzym: Isocitratdehydrogenas

Oxidation Dekarboxylering

Enzymet inhiberas av:

- ATP

- NADH (kan ge ATP via andningskedjan)

Enzymet aktiveras allosteriskt av ADP vilket stimulerar enzymets affinitet för att binda substrat

Citronsyracykeln – Kontroll 3

Enzym: α-ketoglutaratdehydrogenas

Oxidation

Dekarboxylering

Enzymet inhiberas av:

- SuccinylCoA

- NADH

- ATP

Oxidation

Reaktionsprodukter

Citronsyracykeln – Kontroll - summering

Nyckelkontrollpunkter:

• Pyruvadehydrogenaskomplexet

• Isocitratdehydrogenas

• α-ketoglutaratdehydrogenas

Primära regulatorer är:

• ATP

• NADH Hastigheten på citronsyracykeln minskar

då cellen har god tillgång på energi• NADH

(kan ge ATP)

Inhibering av isocitratdehydrogenas → Mängden citrat ökar

vilket kan transporteras ut till cytoplasman och:

1. Inhibera Fosfofruktokinas (haltar glykolysen)

2. Källa för syntes av acetylCoA för vidare fettsyntes

Inhibering av α-ketoglutaratdehydrogenas → Mängden

α-ketoglutarat ökar vilket kan användas till:

1. Byggstenar för syntes av aminosyror

2. Byggstenar för syntes av purinbaser (adenin o guanin)

Hastigheten på citronsyracykeln minskar

då cellen har god tillgång på energi

Citronsyracykeln

Citronsyracyken

Omvandla energiinnehållet i kolhydrater

till cellens energivaluta ATPAtt förse kroppen med intermediära byggstenar

för att bilda proteiner eller fettsyror.

KATABOLT

En process som kan användas både i nedbrytande, katabola,

syften och biosyntetiska, anabola, syften sägs vara AMFIBOL.

ANABOLT

Citronsyracykeln

ANABOLT

Citronsyracykeln fungerar ANABOLT

där 4 Intermediärer fungera som

utgångsämnen för andra molekyler

• Oxaloactat → AA och nukleotider

• α-ketoglutarat → AA och nukleotider• α-ketoglutarat → AA och nukleotider

• SuccinylCoA → hem och klorofyll

• Citrat → AcetylCoA → feKsyror

Citronsyracykeln

KATABOLT

Citroncyracykeln fungerar KATABOLT för

både kolhydrater, lipider och proteiner

• Lipider → feKsyror → acetylCoA som

förbränns vidare i citroncyracykeln

Fettsyror

Aminosyror

Aminosyror

Glukos

http://medicalmnemonics4u.blogspot.se/2009/11/citric-acid-cycle.html

förbränns vidare i citroncyracykeln

• Aminosyror

→ acetylCoA

→ α-ketoglutarat

→succinylCoA

→fumarat

→oxaloacetatAminosyror

Citronsyracykeln – Termodynamik

3 reaktioner är fördelaktiga ur energisynpunkt

1. AcetylCoA + oxaloacetat → citrat

3. Isocitrat → α-ketoglutarat

4. α-ketoglutarat → SuccinylCoA

Dessa tre reaktioner har mycket

negativa ΔG°’-värden och kan därmed

sägas driva hela citronsyracykeln

� Glykolysen� Glykoneogenesen

�Citronsyracykeln

Översikt metabolismen

�Citronsyracykeln

�Andningskedjan

� Lipidmetabolism I� Lipidmetabolism II

I glykolysen och i citronsyracykeln

bildas stora mängder NADH och FADH2

Citronsyracykeln o andningskedjan

NADH och FADH2 återoxideras i andningskedjan

genom att leverera e- som transporteras genom

en elektrontransportkedja som slutar med att

syre reduceras till vatten.

Elektrontransportkedjan sker i innermembranet på mitokondrien

Det är därför vi behöver syre!!!!

ElektrontransportkedjanInnehåller 4 proteinkomplex

Komplex I: NADH-Q-oxidoreduktas

Komplex II: Succinat-Q-reduktaskomplexet

Komplex III: Q-cytokrom C-oxidoreduktas

Komplex IV: Cytokrom C-oxidas

Cytokrom C:

Bärare mellan komplex III och IV

H+ pumpas från matrix till intermembranutrymmet från komplex I, III och IV

Elektrontransportkedjan -drivkraft

Cytokrom C: Cytokrom C:

Bärare mellan komplex III och IV

½ O2 + 2H+ + 2e-→ H2O

Reduktionspotentialen är hög (0.82 V) →

O2 vill ta upp e-

Följande reaktion sker vid komplex IV:

½ O2 + 2H+ + 2e-→ H2O

NAD+ + H+ + 2e- → NADH

Reduktionspotentialen är låg (-0.32 V)

→ NADH vill gärna lämna ifrån sig e-

Följande reaktion sker vid komplex I:

NADH → NAD+ + H+ + 2e-

Skillnaden i reduktionspotentialen driver e- genom andningskedjan

Elektrontransportkedjan

Elektronerna transporteras nedströms i ett energidiagram.

Förloppet katalyseras av de fyra proteinkomplexen I, II, III, IV

• e- överförs från NADH till O2 via komplex I, III o IV

• e- från FADH2 kommer in i kedjan via komplex II

• H+ pumpas från matrix till

mellanmembranutrymmet via komplex I, III o IV. mellanmembranutrymmet via komplex I, III o IV.

• Detta innebär att e- från NADH passerar tre

pumptillfällen och e- från FADH2 passerar två

pumptillfällen.

• e- från NADH bidrar mer till uppbyggnad av

protongradient jämfört med e- från FADH2 →

e- från NADH genererar mer ATP än e- från FADH2

• 1 FADH2 motsvarar 1.5 ATP

• 1 NADH motsvarar 2.5 ATP

Elektrontransportkedjan

Elektronerna förs mellan proteinkomplexen av mobila bärare

• Mellan komplex I/II och III bärs e- av UBIQUINON (Q).

Detta är en hydrofob molekyl som snabbt kan röra sig i

membranet (Q + 2e- + 2H+ → QH2)

• Komplex III och IV förbinds via cytokrom C som är ett

lösligt protein och innehåller en hemgrupp. Centralt i

hemgruppen finns en järnjon som kan alternera mellan

Fe2+ (tagit upp e-) och Fe3+ (avgett e-).

Elektrontransportkedjan + ATP syntas

Innermembranutrymmet

H+ H+ H+ H+H+ H+

ATP syntas

Matrix

ADP+Pi ATP

www.dnatube.com/video/104/ATP-synthase-structure-and-mechanism