Key Terms

Metabolisme

  • Definition: Summen af alle kemiske reaktioner i kroppen, der opretholder liv.

  • Deles i to hovedtyper:

    • Katabolisme: Nedbrydning af molekyler, hvor energi frigives.

    • Anabolisme: Opbygning af større molekyler, hvilket kræver energi.

 

Katabolisme

  • Nedbryder store molekyler (kulhydrater, fedtstoffer, proteiner).

  • Frigiver energi i form af ATP og reducerede cofaktorer som NADH og FADH₂.

  • Eksempler: Glykolyse, beta-oxidation, proteinnedbrydning.

 

Anabolisme

  • Opbygger komplekse molekyler fra mindre enheder.

  • Kræver energi (ATP) og reduktionskraft (typisk NADPH).

  • Eksempler: Proteinsyntese, fedtsyresyntese, glukoneogenese.

 

Centrale metaboliske veje

Glykolyse

  • Foregår i cytoplasma.

  • Nedbryder glukose til 2 pyruvatmolekyler.

  • Netto udbytte: 2 ATP og 2 NADH.

  • Anaerob proces (kræver ikke ilt).

 

Oxidativ decarboxylering

  • Forbinder glykolyse og citronsyrecyklus.

  • Pyruvat omdannes til Acetyl-CoA af pyruvatdehydrogenase-komplekset.

  • Udbytte: 1 NADH og 1 CO₂ per pyruvat.

 

Citronsyrecyklus (Krebs cyklus / TCA)

  • Foregår i mitokondriets matrix.

  • Oxiderer Acetyl-CoA til CO₂.

  • Udbytte per Acetyl-CoA: 3 NADH, 1 FADH₂, 1 GTP (svarende til ATP).

 

Glukoneogenese

  • Danner glukose ud fra ikke-kulhydratkilder som laktat, glycerol og aminosyrer.

  • Foregår primært i leveren.

  • Vigtig under faste og lav kulhydrattilgængelighed.

 

 

Centrale molekyler og cofaktorer

ATP (Adenosintrifosfat)

  • Energi-currency i cellen.

  • Frigiver energi ved hydrolyse af en fosfatgruppe (ATP → ADP + Pi).

  • Bruges i biosyntese, muskelkontraktion, aktiv transport mv.

 

NADH og FADH₂

  • Reducerede cofaktorer, som transporterer elektroner til elektrontransportkæden.

  • NADH giver ca. 2.5 ATP, FADH₂ ca. 1.5 ATP via oxidativ fosforylering.

 

NADPH

  • Cofaktor i anabolske reaktioner (fx fedtsyresyntese).

  • Primært produceret i pentosefosfatvejen.

  • Bruges til reduktion, ikke til ATP-produktion.

 

Acetyl-CoA

  • Central metabolit.

  • Dannes fra pyruvat, fedtsyrer eller ketogene aminosyrer.

  • Går videre til citronsyrecyklus eller bruges til syntese (fx fedtsyrer, kolesterol).

 

 

Enzymer og funktionelle molekyler

Enzymer

  • Biologiske katalysatorer, som øger reaktionshastigheden.

  • Meget specifikke for substrater.

  • Eksempler: Hexokinase, Pyruvatdehydrogenase, Citratsyntase.

 

Kinaser

  • Enzymgruppe, der overfører fosfatgrupper til substrater (ofte fra ATP).

  • Eksempler: Hexokinase, Phosphofructokinase-1 (PFK-1).

 

Hydrolyse

  • Kemisk reaktion hvor vand bruges til at bryde en binding.

  • Eksempel: Hydrolyse af ATP til ADP + Pi.

 

Pyruvat

  • Slutprodukt af glykolyse.

  • Med ilt: omdannes til Acetyl-CoA.

  • Uden ilt: omdannes til laktat (mennesker) eller ethanol (gær).

 

Kreatin og Kreatinfosfat

  • Kreatinfosfat fungerer som hurtig energireserve i muskler.

  • Reaktion: Kreatinfosfat + ADP ↔ Kreatin + ATP.

  • Katalyseres af kreatinkinase.

 

Aminosyrer i metabolisme

  • Nedbrydes til intermediater som kan indgå i glukoneogenese eller citronsyrecyklus.

  • Glukogene aminosyrer → pyruvat eller TCA-intermediater → glukose.

  • Ketogene aminosyrer → Acetyl-CoA eller ketonstoffer.

 

 

Elektrontransportkæden og oxidativ fosforylering

Elektrontransportkæden (ETC)

  • Foregår i den indre mitokondriemembran.

  • Elektroner fra NADH og FADH₂ overføres til ilt via fire komplekser (I-IV).

  • Energien bruges til at pumpe H⁺ over membranen → skaber protongradient.

  • Slutprodukt: H₂O (ilt reduceres til vand).

 

Oxidativ fosforylering

  • ATP-syntase (kompleks V) bruger protongradienten til at danne ATP af ADP + Pi.

  • Hver NADH giver ~2.5 ATP.

  • Hver FADH₂ giver ~1.5 ATP.

 

Samlet energiudbytte (aerob glukoseomsætning)

  • Glykolyse: 2 ATP + 2 NADH

  • Pyruvat → Acetyl-CoA: 2 NADH

  • Citronsyrecyklus: 6 NADH + 2 FADH₂ + 2 GTP

  • I alt ~30–32 ATP pr. glukose.

 

Fedtsyrekatabolisme – Beta-oxidation

Beta-oxidation

  • Nedbrydning af fedtsyrer til Acetyl-CoA i mitokondriets matrix.

  • Kræver aktivering (fatty acyl-CoA dannes).

  • Foregår i cyklus med fire trin:

    1. Oxidation (FAD → FADH₂)

    2. Hydrering

    3. Oxidation (NAD⁺ → NADH)

    4. Thiolyse (spaltning med CoA)

 

Energiudbytte

  • Hver cyklus fjerner 2 C-atomer (som Acetyl-CoA).

  • Eksempel: Palmitinsyre (C16) → 8 Acetyl-CoA, 7 NADH, 7 FADH₂.

  • Acetyl-CoA går videre i citronsyrecyklus.

 

Regulering

  • Hormonel: Glukagon og adrenalin fremmer nedbrydning via lipolyse.

  • Insulin hæmmer fedtsyrenedbrydning.

 

Enzymkinetik

Reaktionshastighed og Michaelis-Menten kinetik

  • Reaktionshastigheden v afhænger af substratkoncentration [S]:
    v=Vmax    ⋅[S]Km+[S]v=Km​+[S]Vmax​⋅[S]​

  • Vₘₐₓ: maksimal reaktionshastighed (alle enzymers aktive sites er mættet).

  • Kₘ: substratkoncentration hvor hastigheden er halvdelen af Vₘₐₓ.

    • Lav Kₘ → høj affinitet.

    • Høj Kₘ → lav affinitet.

 

Enzymregulering

  • Allosterisk regulering: binding af regulatoriske molekyler ændrer enzymaktivitet (fx ATP hæmmer PFK-1).

  • Kovalent modifikation: fx fosforylering eller defosforylering.

  • Feedback inhibition: slutprodukt hæmmer et tidligere enzym i kæden.

 

Cofaktorer og coenzymer

  • Mange enzymer kræver hjælpemolekyler:

    • Cofaktorer: ofte metalioner (fx Mg²⁺, Fe²⁺).

    • Coenzymer: fx NAD⁺, FAD, CoA, TPP.

 

Ketonstoffer

  • Små molekyler produceret i leveren ud fra Acetyl-CoA.

  • De tre vigtigste ketonstoffer:

    • Acetoacetat

    • Beta-hydroxybutyrat

    • Aceton (ikke metaboliserbar, udåndes)

 

Hvornår dannes ketonstoffer?

  • Ved langvarig faste, lav kulhydratkost, uforbrugt Acetyl-CoA.

  • Når glukosemængden er lav, og oxaloacetat bruges til glukoneogenese → citronsyrecyklus går langsommere.

  • Acetyl-CoA fra beta-oxidation ophobes → omdannes til ketonstoffer.

 

Hvorfor danner kroppen ketonstoffer?

  • Hjernen og andre væv kan ikke bruge fedtsyrer direkte → ketonstoffer fungerer som alternativt brændstof.

  • Sparrer på muskelprotein ved at mindske behovet for glukoneogenese.

  • Ketonstoffer er vandopløselige og transporteres nemt i blodet.

 

Brug i væv

  • Hjernen, muskler og hjerte kan bruge ketonstoffer til ATP-produktion.

  • Leveren kan ikke selv forbrænde ketonstoffer (mangler enzymet thiophorase).

 

 KEY TERMS – METABOLISME OG ENZYMREGULERING: Kap 14

Organismetyper og energi

  • Autotroph: Organisme der selv syntetiserer organiske molekyler fra uorganiske kilder (fx CO₂) – typisk via fotosyntese.

  • Heterotroph: Organisme der får energi og kulstof fra organiske forbindelser (føde).

 

Generelle begreber

  • Metabolite: Et hvilket som helst lille molekyle der indgår i metaboliske reaktioner.

  • Intermediary metabolism: De sammenkoblede reaktioner der omsætter næringsstoffer til energi og byggesten.

  • Catabolism: Nedbrydning af komplekse molekyler til enklere – frigiver energi.

  • Anabolism: Opbygning af komplekse molekyler fra enklere – kræver energi.

  • Energy transduction: Omformning af én type energi til en anden (fx kemisk → elektrisk → mekanisk).

 

Termodynamik

  • Free energy, G: Den energi til rådighed til at udføre arbejde i en reaktion.

  • Exergonic: Reaktion hvor ΔG < 0 – energi frigives, spontan.

  • Endergonic: Reaktion hvor ΔG > 0 – kræver energi for at forløbe.

  • Enthalpy, H: Varmeindholdet i et system.

  • Exothermic: Reaktion hvor ΔH < 0 – varme afgives.

  • Endothermic: Reaktion hvor ΔH > 0 – varme optages.

  • Entropy, S: Grad af uorden eller tilfældighed i et system.

 

Ligevægt og reaktionskontrol

  • Standard transformed constants: Termodynamiske konstanter ved fysiologiske betingelser (pH 7, 1 M, 25 °C).

  • Mass-action ratio, Q: Forholdet mellem produkt- og reaktantkoncentrationer i en reaktion – bruges til at bestemme retning.

 

Kemiske mekanismer

  • Homolytic cleavage: Binding brydes så hvert atom får én elektron → danner radikaler.

  • Radical: Molekyle med en uparret elektron, meget reaktivt.

  • Heterolytic cleavage: Binding brydes så begge elektroner går til ét atom → danner ioner.

  • Nucleophile: Elektronrig gruppe der donerer et elektronpar til en reaktion (typisk en base).

  • Electrophile: Elektronfattig gruppe der modtager elektroner (typisk en syre).

  • Carbanion: Et kulstofatom med en negativ ladning (nucleofilt).

  • Carbocation: Et kulstofatom med en positiv ladning (elektrofilt).

 

Reaktionstyper

  • Aldol condensation: To carbonylforbindelser (typisk aldehyder/ketoner) kobles sammen til en β-hydroxyforbindelse.

  • Claisen condensation: Reaktion mellem to estere → β-ketoester.

 

Enzymer og fosforylering

  • Kinases: Enzymer der overfører fosfatgrupper (typisk fra ATP) til substrater.

  • Phosphorylation potential (ΔGp): Den frie energiændring ved overførsel af en fosfatgruppe.

  • Thioester: Energiholdig binding mellem svovl og carbon (fx i Acetyl-CoA).

  • Adenylylation: Kovalent tilføjelse af AMP til et molekyle.

  • Inorganic pyrophosphatase: Enzym der hydrolyserer pyrofosfat (PPi) → driver biosyntese fremad.

  • Nucleoside diphosphate kinase: Omfordeler fosfatgrupper mellem nukleotider (fx GDP + ATP → GTP + ADP).

  • Adenylate kinase: Katalyserer 2 ADP ⇌ ATP + AMP.

  • Creatine kinase: Bruges i energireserve-systemet → Kreatinfosfat + ADP ⇌ Kreatin + ATP.

  • Phosphagens: Højenergifosfatmolekyler (fx kreatinfosfat) som lagrer og leverer energi hurtigt.

 

Elektronoverførsel og redox

  • Electromotive force (emf): Kraften der driver elektronstrøm i redoxreaktioner.

  • Conjugate redox pair: Et molekyle i reduceret og oxideret form (fx NAD⁺/NADH).

  • Dehydrogenases: Enzymer der fjerner hydrogenatomer i redoxreaktioner.

  • Reducing equivalent: Elektron eller hydrogen, som overføres i redoxprocesser.

  • Standard reduction potential (E°): En måling af et stofs evne til at acceptere elektroner.

  • Pyridine nucleotide: Coenzymer som NAD⁺ og NADP⁺ – involveret i redox.

  • Oxidoreductase: Enzymklasse der katalyserer redoxreaktioner.

  • Flavoprotein: Protein bundet til flavin-cofaktorer (FAD eller FMN).

  • Flavin nucleotides: FAD og FMN – elektronbærere i mange redoxreaktioner.

 

Metabolisk kontrol og regulering

  • Glucose 6-phosphate: Central metabolit i glykolyse, glykogenese og pentosefosfatvejen.

  • Homeostasis: Opretholdelse af stabile indre forhold (blodsukker, pH, temperatur).

  • Transcription factor: Protein der regulerer genudtryk ved at binde til DNA.

  • Response element: Specifik DNA-sekvens som transkriptionsfaktorer binder til.

  • Turnover: Hastighed hvormed biomolekyler (fx enzymer) nedbrydes og udskiftes.

  • Transcriptome: Det fulde sæt af mRNA-transkripter i en celle.

  • Proteome: Det fulde sæt af proteiner i en celle eller organisme.

  • Metabolome: Det fulde sæt af metabolitter i en celle.

  • Metabolic regulation: De mekanismer der styrer enzymaktivitet og metabolitniveauer.

  • Metabolic control: Hvor stor en indflydelse et trin i en vej har på den samlede flux.

  • AMP-activated protein kinase (AMPK): Energiregulerende enzym – aktiveres ved lav ATP, fremmer katabolisme og hæmmer anabolisme.