Presentasjon lastes. Vennligst vent

Presentasjon lastes. Vennligst vent

Raven - Johnson - Biology: 6th Ed. - All Rights Reserved - McGraw Hill Companies Hvordan celler høster energi Kapittel 9 Copyright © McGraw-Hill Companies.

Liknende presentasjoner


Presentasjon om: "Raven - Johnson - Biology: 6th Ed. - All Rights Reserved - McGraw Hill Companies Hvordan celler høster energi Kapittel 9 Copyright © McGraw-Hill Companies."— Utskrift av presentasjonen:

1 Raven - Johnson - Biology: 6th Ed. - All Rights Reserved - McGraw Hill Companies Hvordan celler høster energi Kapittel 9 Copyright © McGraw-Hill Companies Permission required for reproduction or display

2 Raven - Johnson - Biology: 6th Ed. - All Rights Reserved - McGraw Hill Companies Kontakt Astrid Jullumstrø Feuerherm E-post: Kontor: DU2-113 Telefon: (735) Send gjerne spørsmål på e-post, så kan jeg legge ut kommentarer på fagweb.

3 Raven - Johnson - Biology: 6th Ed. - All Rights Reserved - McGraw Hill Companies Biokjemiske spor Metabolisme - Sum av alle biokjemiske reaksjoner en organisme utfører.  Anabolisme - Bruker energi for å lage kjemiske bindinger - oppbygging.  Katabolisme - Høste energi når kjemiske bindinger brytes - nedbryting / forbrenning. Biokjemiske spor - Produktene fra en rx blir substrat for neste rx.

4 Raven - Johnson - Biology: 6th Ed. - All Rights Reserved - McGraw Hill Companies HOVEDTREKK Metabolismen drives av kjemisk energi Glukose katabolisme  Glykolyse  Pyruvat oksidering  Krebs Syklus  Elektrontransportkjeden Oppsummering Aerob Respirasjon Energilagring Fermentering

5 Raven - Johnson - Biology: 6th Ed. - All Rights Reserved - McGraw Hill Companies Energiomsetning - Metabolisme Solenergi  kjemisk energi lagret i sukker Sukker ”forbrennes” i mange trinn for å få et kontrollert og gradvis uttak av energi - sml 1) Fjelltopp - for å komme velberget ned bør du nok gå kontrollert ned og ikke kaste deg utfor kanten. 2) Bensintank - energien lagret i en full tank frigjøres ikke i en stor eksplosjon, men i mange små antenninger som gjør at du kan kontrollere bilens bevegelser.

6 Raven - Johnson - Biology: 6th Ed. - All Rights Reserved - McGraw Hill Companies KJEMISK ENERGI DRIVER METABOLISMEN Heterotrofe - Lever av energi produsert av autotrofe (alle dyr og sopp, protister, bakt). Autotrofe - Omdanner solenergi til kjemisk energi (planter, alger, fotosynt bakt).  Fordøyelse - Bryte ned store molekyler mekanisk, kjemisk, enzymatisk.  Katabolisme - Bryter ned og utnytter energien lagret i en C-H kovalent binding. - Respirasjon - alle prosesser som genererer metabolsk utnyttbar energi

7 Raven - Johnson - Biology: 6th Ed. - All Rights Reserved - McGraw Hill Companies OKSIDASJON - REDUKSJON Under en kjemisk rx, kan energien lagret i en kjemisk binding overføres til nye bindinger.  Oksidasjon (noe blir mer positivt ladd) Atom/molekyl mister ett e - / H.  Reduksjon (noe blir mer negativt ladd) Atom/molekyl mottar ett e - / H.  Skjer alltid sammen: et (reduserende) agens som blir oksidert, vil redusere et annet (oksiderende) agens

8 Raven - Johnson - Biology: 6th Ed. - All Rights Reserved - McGraw Hill Companies KJEMISK ENERGI DRIVER METABOLISMEN 3 måter å utnytte glukose på A) Aerob Respirasjon: O 2 oksiderer glukose og blir selv redusert til H 2 O; O mottar H C 6 H 12 O O ADP + 36 P  6 CO H ATP + varme B) Anaerob Respirasjon - når et uorganisk molekyl annet enn O mottar hydrogen. C) Fermentering - når et organisk molekyl mottar hydrogen.

9 Raven - Johnson - Biology: 6th Ed. - All Rights Reserved - McGraw Hill Companies ATP - Adenosin trifosfat  Består av: - Ribose (5C sukker) - Adenin (base) - Trifosfat gruppe P~P~P  Hvert ATP som splittes frigir 7.3 kcal  Energi er lagret i trifosfatgruppen - Fosfatgruppene er sterkt negativt ladd.  Ustabile bindinger som brytes lett.

10 Raven - Johnson - Biology: 6th Ed. - All Rights Reserved - McGraw Hill Companies ATP - gangbar mynt i cellenes energiregnskap ATP er den type energi cellene kan utnytte.  Bevegelse  Endergone / energikrevende reaksjoner - ATP splittes av enzym med 2 bindings - seter; ett for reaktant og ett for ATP. - Energien som frigis når ATP  ADP kan benyttes til enhver energikrevende prosess i celler / organismer  bevegelse, syntese, transport......

11 Raven - Johnson - Biology: 6th Ed. - All Rights Reserved - McGraw Hill Companies Biosyntese i E. coli - ATP kostnad

12 Raven - Johnson - Biology: 6th Ed. - All Rights Reserved - McGraw Hill Companies Energiforbruk Forbruk (kcal) ved ulik fysisk aktivitet, 30 min: Støvsuging: 88Hugge ved: 112 Gulvvask: 120 Oppvask: 76 Spasertur: 94 Gå i trapper: 249 Sykling, rolig: 84 Sykling, hurtig: 234 Jogge: 330 Bordtennis: 165 Svømming, bryst: 330 Svømming, crawl: 420 Fotball: 232 Dans: 210

13 Raven - Johnson - Biology: 6th Ed. - All Rights Reserved - McGraw Hill Companies OVERSIKT GLUKOSE KATABOLISME Celler bryter ned organiske molekyler og lager ATP på 2 ulike måter: (A) Substratfosforylering: ADP+P i =ATP + H 2 O 1) Glykolyse - start for all respirasjon (B) Aerob Respirasjon 2) Pyruvat Oksidering 3) Krebs syklus 4) Elektrontransportkjeden (ETK)  Kjemiosmotisk fosforylering

14 Raven - Johnson - Biology: 6th Ed. - All Rights Reserved - McGraw Hill Companies OVERSIKT AEROB RESPIRASJON Copyright © McGraw-Hill Companies Permission required for reproduction or display

15 Raven - Johnson - Biology: 6th Ed. - All Rights Reserved - McGraw Hill Companies OVERSIKT GLUKOSE KATABOLISME 1) Glykolyse (gr. glycos- sukker/søt, lysis- oppløsning)  Biokjemisk spor som produserer ATP vha substratfosforylering.  ADP+P i  ATP + H 2 O vha kinaser fritt i cytoplasma  Glukose (6C)  2 pyruvat (3C) + 2 ATP + 2 NADH (redusert co-enzym) - Nesten all energi forblir i pyruvat og i reduserende kraft i de 2 NADH.

16 Raven - Johnson - Biology: 6th Ed. - All Rights Reserved - McGraw Hill Companies 1) GLYKOLYSE Priming (forberedelse) - investerer 2 ATP  Glukose (6C) fosforyleres vha 2 ATP til et symmetrisk 2P-sukker som blir  splittet og rearrangert til 2 like 3CP- sukker Substratfosforylering  Oksidering av 3CP til pyruvat (3C) og P i  2 ATP +1 NADH dannes pr 3CP Netto gevinst glykolyse: 2 pyruvat + 2 NADH + 2 ATP

17 Raven - Johnson - Biology: 6th Ed. - All Rights Reserved - McGraw Hill Companies

18 1) GLYKOLYSE Alle celler benytter glykolyse  Alle levende vesener utfører glykolyse.  Glykolyse frigir bare ~3.5% av potensiell energi i glukose  For de fleste nålevende organismer er glykolysen bare et startpunkt for videre utnyttelse av kjemisk energi - aerob resp.

19 Raven - Johnson - Biology: 6th Ed. - All Rights Reserved - McGraw Hill Companies 1) GLYKOLYSE Begrensende faktor for glykolysen er tilgang på oksidert co-enzym NAD+ i cytoplasma. 2 molekyl NAD + blir redusert til NADH. NAD + må regenereres for at glykolysen kan fortsette uavbrutt. Vi skaffer nye NAD+ vha  Aerob respirasjon  Fermentering - vi finner andre forbindelser enn NAD+ som kan motta H og bli redusert av G3P

20 Raven - Johnson - Biology: 6th Ed. - All Rights Reserved - McGraw Hill Companies 2) OKSIDASJON AV PYRUVATE I trinn 2 av glukose katabolismen, blir pyruvate dekarboksylert (oksidert), noe som gir:  acetylCoA  NADH (redusert)  CO 2 (avfall). Dette skjer i mitokondriene. Pyruvat (og fettsyrer) må først selektivt transporteres inn i matrix i mitokondriet (energikrevende).

21 Raven - Johnson - Biology: 6th Ed. - All Rights Reserved - McGraw Hill Companies

22 3) Krebs Syklus Sir Hans Adolf Krebs, tysk biokjemiker - Sheffield University, Nobelpris i Medisin 1953 Krebs genererer bare 2 ATP molekyl per glukose molekyl. Vel så viktig er uttaket av energirike e - som kan ledes til ETK for ytterligere syntese av ATP.

23 Raven - Johnson - Biology: 6th Ed. - All Rights Reserved - McGraw Hill Companies 3) KREBS SYKLUS Oversikt  Trinn A: Priming / Forberedelse  Trinn B: Trekke ut energi Reaksjoner  reaksjon 1 - Kondensering  reaksjon 2 og 3 - Isomerisering  reaksjon 4 - Første Oksidering  reaksjon 5- Andre Oksidering

24 Raven - Johnson - Biology: 6th Ed. - All Rights Reserved - McGraw Hill Companies 3) KREBS SYKLUS reaksjon 6 - Substratfosforylering reaksjon 7 - Tredje oksidering reaksjon 8 og 9 - Oksaloacetat regenereres

25 Raven - Johnson - Biology: 6th Ed. - All Rights Reserved - McGraw Hill Companies

26 ELEKTRON UTNYTTELSE Katabolisme av glukose involverer en rekke REDOX reaksjoner som frigir energi ved å avsette e - nærmere og nærmere en e - - akseptor (= O i aerob resp). Energi blir på denne måten gradvis tatt ut fra glukose, og NAD + fungerer som en e - -bærer. (Analogt med trappetrinn/fjelltopp - det lønner seg å ta det trinn for trinn)

27 Raven - Johnson - Biology: 6th Ed. - All Rights Reserved - McGraw Hill Companies

28 ELEKTRONTRANSPORTKJEDEN - ETK e - fra glukose/pyruvat pumper H+ ut fra matrix i mitokondriene til intermembran- rommet vha ETK, dette skaper en transmembran elektrokjemisk protongradient hvis energi utnyttes når protonene igjen passivt returnerer til matrix  ATP-syntese: 1 e - inn i ETK  3 H+ pumpes ut  3 ATP dannes ved H+ reflux  Aktiv membrantransport  Bakteriell flagellær bevegelse

29 Raven - Johnson - Biology: 6th Ed. - All Rights Reserved - McGraw Hill Companies Kjemiosmose Kjemiosmotisk fosforylering (P Mitchell,1961) ATP-syntese i intakte mitokondrier (cellulær resp) og kloroplaster (fotosyntese) er avhengig av en bratt H+ konsentrasjons- gradient; H+ i matrix / OH- intermembranalt H+ gradient resultat av ETK i membranen: energi fra e- pumper H+ ut av matrix  konsentrasjonsgradient (ioner H+/OH-)  elektrisk gradient (ladninger +/-) (0.14 volt)  pH-gradient (syre/base)

30 Raven - Johnson - Biology: 6th Ed. - All Rights Reserved - McGraw Hill Companies

31

32 Totalt teoretisk energiutbytte - 1 glukose e - fra NADH akt 3 H+ pumper - danne 3 ATP e - fra FADH 2 akt 2 H+ pumper - danne 2 ATP Glykolyse - 2 ATP (substr.fos) 2 NADH  6 ATP via ETK Pyruvatoks -2 NADH  6 ATP via ETK Krebs - 2 ATP (substr.fos) 6 NADH  18 ATP via ETK 2 FADH 2  4 ATP via ETK 36 ATP totalt

33 Raven - Johnson - Biology: 6th Ed. - All Rights Reserved - McGraw Hill Companies

34 Energitap - 1 glukose Glykolysens 2 NADH  6 ATP ikke reelt; det koster 2 ATP å frakte 2 NADH fra cytosol til mitokondriet, altså 4 ATP gevinst Indre membran i mitokondriet lekker: H+ reflux uten ATP syntese H+ gradient brukes også til å frakte pyruvat inn fra cytosol Faktiske verdier: 1 NADH  2.5 ATP 1 FADH 2  1.5 ATP

35 Raven - Johnson - Biology: 6th Ed. - All Rights Reserved - McGraw Hill Companies Faktisk energiuttak - 1 glukose e - fra NADH danner 2.5 ATP e - fra FADH 2 danner 1.5 ATP Glykolyse gir 2 ATP (substr.fos) Krebs gir 2 ATP (substr.fos) e - fra glykolyse/pyruvat-oks/Krebs 10 NADH  25 ATP via ETK 2 FADH 2  3 ATP via ETK 32 ATP Transp NADH fra cytosol: - 2 ATP Totalt reelt utbytte 30 ATP

36 Raven - Johnson - Biology: 6th Ed. - All Rights Reserved - McGraw Hill Companies OPPSUMMERING AEROB RESPIRASJON Oksidativ reduksjon produserer ca 30 ATP fra hver glukose i eukaryote celler.  Tilsvarer ca. 32% av potensiell energi i kjemiske bindinger i glukose  30 x 7.3 kcal = 219 kcal sml 686 kcal totalt tilgjengelig pr glukose.  Dette er bedre enn energiutnyttelsen i de fleste bilder (25%).

37 Raven - Johnson - Biology: 6th Ed. - All Rights Reserved - McGraw Hill Companies REGULERING AV AEROB RESPIRASJON Ratio mellom ADP og ATP viktig for å regulere glukose katabolisme i gitte nøkkel- reaksjoner Generelt:  Mye ATP/ lite ADP i cytoplasma  inhiberer ATP syntese  Lite ATP / mye ADP i cytoplasma  stimulerer ATP syntese

38 Raven - Johnson - Biology: 6th Ed. - All Rights Reserved - McGraw Hill Companies

39 ENERGI LAGRING Protein, fett/lipider og andre organiske forbindelser er også energikilder.  Aminosyrene i protein blir først deaminert, mens fett gjennomgår  -oksidasjon.  Degraderingsproduktene går inn i Krebs som Ac-CoA eller andre metabolitter som kan gå inn senere i syklusen.  Ac-CoA dirigeres enten til lipidsyntese eller ATP-syntese:  ATP  lipidsyntese - lage fettreserve  ATP  ATP syntese - bruke fettreserve

40 Raven - Johnson - Biology: 6th Ed. - All Rights Reserved - McGraw Hill Companies

41 ANAEROB RESPIRASJON  I fravær av O 2, kan organismer overleve vha anaerob respirasjon, da benyttes uorganiske molekyler som e - -akseptor. - Metanogene (CO 2 ) - Svovelbakterier (SO 4 )

42 Raven - Johnson - Biology: 6th Ed. - All Rights Reserved - McGraw Hill Companies FERMENTERING Fermentering skjer i fravær av oksygen.  elektroner fra glykolysen går leveres til et organisk molekyl, noe som bidrar til å regenerere NAD + fra NADH.  produktene fra glykolysen går ikke inn i Krebs syklus og ETK, men omdannes til energirikt organisk avfall (organiske syrer, alkoholer).

43 Raven - Johnson - Biology: 6th Ed. - All Rights Reserved - McGraw Hill Companies

44 OPPSUMMERING Kjemisk energi driver metabolismen Glukose katabolisme  Glykolyse  Pyruvat oksidering  Krebs syklus  Elektrontransportkjeden Oversikt aerob respirasjon Energilagring Fermentering

45 Raven - Johnson - Biology: 6th Ed. - All Rights Reserved - McGraw Hill Companies 09_18 Overview of ATP Synthesis Slide number: 1 Copyright © The McGraw-Hill Companies, Inc. Permission required for reproduction or display. 4. Protons diffuse back in, driving the synthesis of ATP. 3. Oxygen joins with protons to form water. 2. Electrons provide energy to pump protons across the membrane. 1. Electrons are harvested and carried to the transport system. Mitochondrial matrix Intermembrane space Electron transport system C Q NADH FADH 2 NADH Krebs cycle Acetyl-CoA ATP 2 C0 2 Pyruvate from cytoplasm Inner mitochondrial membrane H+H+ H+H+ H+H+ Channel protein O2O2 O2O H2OH2O H+H+ 2H + ATP32

46 Raven - Johnson - Biology: 6th Ed. - All Rights Reserved - McGraw Hill Companies Copyright © McGraw-Hill Companies Permission required for reproduction or display

47 Raven - Johnson - Biology: 6th Ed. - All Rights Reserved - McGraw Hill Companies Kollokvieoppgaver Spørsmål 3, 5 og 6 på side 182 i læreboka. Ikke bruk tid på å lære strukturformler, men legg vekt på  hvor ting skjer  hvorfor det skjer  hva kreves for at det kan skje  hva er resultatet  hvilken nytte har vi av dette? Kontakt:


Laste ned ppt "Raven - Johnson - Biology: 6th Ed. - All Rights Reserved - McGraw Hill Companies Hvordan celler høster energi Kapittel 9 Copyright © McGraw-Hill Companies."

Liknende presentasjoner


Annonser fra Google