Presentasjon lastes. Vennligst vent

Presentasjon lastes. Vennligst vent

Hvordan celler høster energi

Liknende presentasjoner


Presentasjon om: "Hvordan celler høster energi"— Utskrift av presentasjonen:

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

2 Astrid Jullumstrø Feuerherm E-post: astrid.j.feuerherm@bio.ntnu.no
Kontakt Astrid Jullumstrø Feuerherm E-post: Kontor: DU2-113 Telefon: (735) 51266 Send gjerne spørsmål på e-post, så kan jeg legge ut kommentarer på fagweb. Raven - Johnson - Biology: 6th Ed. - All Rights Reserved - McGraw Hill Companies

3 Metabolisme - Sum av alle biokjemiske reaksjoner en organisme utfører.
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. Raven - Johnson - Biology: 6th Ed. - All Rights Reserved - McGraw Hill Companies

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

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

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

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

8 KJEMISK ENERGI DRIVER METABOLISMEN
3 måter å utnytte glukose på A) Aerob Respirasjon: O2 oksiderer glukose og blir selv redusert til H2O; O mottar H C6H12O6 + 6 O ADP + 36 P  6 CO2 + 6 H ATP + varme B) Anaerob Respirasjon - når et uorganisk molekyl annet enn O mottar hydrogen. C) Fermentering - når et organisk molekyl mottar hydrogen. Raven - Johnson - Biology: 6th Ed. - All Rights Reserved - McGraw Hill Companies

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

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

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

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

13 OVERSIKT GLUKOSE KATABOLISME
Celler bryter ned organiske molekyler og lager ATP på 2 ulike måter: (A) Substratfosforylering: ADP+Pi=ATP + H2O 1) Glykolyse - start for all respirasjon (B) Aerob Respirasjon 2) Pyruvat Oksidering 3) Krebs syklus 4) Elektrontransportkjeden (ETK) Kjemiosmotisk fosforylering Raven - Johnson - Biology: 6th Ed. - All Rights Reserved - McGraw Hill Companies

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

15 OVERSIKT GLUKOSE KATABOLISME
1) Glykolyse (gr. glycos- sukker/søt, lysis- oppløsning) Biokjemisk spor som produserer ATP vha substratfosforylering. ADP+Pi  ATP + H2O 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. Raven - Johnson - Biology: 6th Ed. - All Rights Reserved - McGraw Hill Companies

16 Priming (forberedelse) - investerer 2 ATP
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 Pi 2 ATP +1 NADH dannes pr 3CP Netto gevinst glykolyse: 2 pyruvat + 2 NADH + 2 ATP Raven - Johnson - Biology: 6th Ed. - All Rights Reserved - McGraw Hill Companies

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

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

19 2 molekyl NAD+ blir redusert til NADH.
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 Raven - Johnson - Biology: 6th Ed. - All Rights Reserved - McGraw Hill Companies

20 2) OKSIDASJON AV PYRUVATE
I trinn 2 av glukose katabolismen, blir pyruvate dekarboksylert (oksidert), noe som gir: acetylCoA NADH (redusert) CO2 (avfall). Dette skjer i mitokondriene. Pyruvat (og fettsyrer) må først selektivt transporteres inn i matrix i mitokondriet (energikrevende). Raven - Johnson - Biology: 6th Ed. - All Rights Reserved - McGraw Hill Companies

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

22 Krebs genererer bare 2 ATP molekyl per glukose molekyl.
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. Raven - Johnson - Biology: 6th Ed. - All Rights Reserved - McGraw Hill Companies

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

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

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

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

29 Kjemiosmotisk fosforylering (P Mitchell,1961)
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) Raven - Johnson - Biology: 6th Ed. - All Rights Reserved - McGraw Hill Companies

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

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

32 Totalt teoretisk energiutbytte - 1 glukose
e- fra NADH akt 3 H+ pumper - danne 3 ATP e- fra FADH2 akt 2 H+ pumper - danne 2 ATP Glykolyse ATP (substr.fos) 2 NADH  6 ATP via ETK Pyruvatoks - 2 NADH  6 ATP via ETK Krebs ATP (substr.fos) 6 NADH  18 ATP via ETK FADH2 ATP via ETK 36 ATP totalt Raven - Johnson - Biology: 6th Ed. - All Rights Reserved - McGraw Hill Companies

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

34 Glykolysens 2 NADH  6 ATP ikke reelt;
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 FADH2  1.5 ATP Raven - Johnson - Biology: 6th Ed. - All Rights Reserved - McGraw Hill Companies

35 Faktisk energiuttak - 1 glukose
e- fra NADH danner 2.5 ATP e- fra FADH2 danner 1.5 ATP Glykolyse gir ATP (substr.fos) Krebs gir ATP (substr.fos) e- fra glykolyse/pyruvat-oks/Krebs 10 NADH  25 ATP via ETK 2 FADH2 3 ATP via ETK 32 ATP Transp NADH fra cytosol: ATP Totalt reelt utbytte ATP Raven - Johnson - Biology: 6th Ed. - All Rights Reserved - McGraw Hill Companies

36 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%). Raven - Johnson - Biology: 6th Ed. - All Rights Reserved - McGraw Hill Companies

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

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

39 Ac-CoA dirigeres enten til lipidsyntese eller ATP-syntese:
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 Raven - Johnson - Biology: 6th Ed. - All Rights Reserved - McGraw Hill Companies

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

41 ANAEROB RESPIRASJON I fravær av O2, kan organismer overleve vha anaerob respirasjon, da benyttes uorganiske molekyler som e--akseptor. Metanogene (CO2) Svovelbakterier (SO4) Raven - Johnson - Biology: 6th Ed. - All Rights Reserved - McGraw Hill Companies

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

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

44 Kjemisk energi driver metabolismen Glukose katabolisme Glykolyse
OPPSUMMERING Kjemisk energi driver metabolismen Glukose katabolisme Glykolyse Pyruvat oksidering Krebs syklus Elektrontransportkjeden Oversikt aerob respirasjon Energilagring Fermentering Raven - Johnson - Biology: 6th Ed. - All Rights Reserved - McGraw Hill Companies

45 09_18 Overview of ATP Synthesis
Slide number: 1 Intermembrane space Pyruvate from cytoplasm H+ Inner mitochondrial membrane H+ Electron transport system C Q NADH H+ 1. Electrons are harvested and carried to the transport system. 2. Electrons provide energy to pump protons across the membrane. Acetyl-CoA NADH Krebs cycle O2 1 2 H2O FADH2 3. Oxygen joins with protons to form water. H+ 2H+ ATP 32 C02 4. Protons diffuse back in, driving the synthesis of ATP. ATP 2 Channel protein Mitochondrial matrix Raven - Johnson - Biology: 6th Ed. - All Rights Reserved - McGraw Hill Companies Copyright © The McGraw-Hill Companies, Inc. Permission required for reproduction or display.

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

47 hva kreves for at det kan skje hva er resultatet
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: Raven - Johnson - Biology: 6th Ed. - All Rights Reserved - McGraw Hill Companies


Laste ned ppt "Hvordan celler høster energi"

Liknende presentasjoner


Annonser fra Google