instuderingsfrågor kolhydratsmetabolism

Question 1

1. Var i cellen sker glykolys, omvandlingen av pyruvat till acetyl CoA, citronsyracykeln och elektrontransportkedjan?

Answer 1

Glykolys=Cytoplasman

Omvandlingen av pyruvat till acetyl CoA=Mitokondirens matrix

Citronsyracykeln= Mitokondirens matrix

Elektrontransportkedjan= Mitokondriens innermembran

Question 2

2.Rita strukturformlerna för:

• glukos
• glukos-6-fosfat
• fruktos-6-fosfat
• fruktos-1,6-bisfosfat
• dihydroxyacetonfosfat
• glyceraldehyd-3-fosfat
• pyruvat

Answer 2

Question 3

3. Vilken är totalreaktionen om en glukosmolekyl processas till glykolysens slutprodukt?

Answer 3

Glukos -> 2 pyruvat

2 NAD+ -> 2 NADH

2 ADP-> 2 ATP

Nettoreaktion:

Glukos + 2 Pi + 2 NAD+ + 2 ADP -> 2 pyruvat + 2 NADH + 2ATP + 2 H+ + 2 H2O

Question 4

4.Hur många mol ATP, NADH och pyruvat erhålls (netto) om 1 mol glukos processas genom glykolysen?

Answer 4

Glukos -> 2 pyruvat

2 NAD+ -> 2 NADH

2 ADP-> 2 ATP

Question 5

5.Hur många mol ATP, NADH och pyruvat erhålls (netto) om 1 mol glyceraldehyd-3-fosfat processas vidare genom glykolysen?

Answer 5

2 ATP, 1 NADH och 1 pyruvat.

“andra halvan” av glykolysen två gånger. Dihydroxyacetonfosfat går bara igenom en gång.

Question 6

6.Skissera en grov översikt över glykolysen och dess båda faser. Inkludera viktiga intermediärer och reaktionssteg. Vad sker i de två faserna?

Answer 6

Question 7

7. Den metabola regleringen av glykolysen är koncentrerad till tre reaktionssteg. Vilka är reaktionerna och vilka enzymer katalyserar reaktionerna?

Answer 7

Hexokinas (glukos -> glukos-6-fosfat)

Fosfofruktokinas (fruktos-6-fosfat -> fruktos-1,6-bisfosfat)

Pyruvatkinas (fosfofenolpyruvapyruvat -> pyruvat)

Question 8

8.Glykolysens tredje steg är en fosforylering.

• Varifrån kommer fosfatgruppen?
• Vad heter enzymet som katalyserar reaktionen
• Varför är det logiskt att den huvudsakliga regleringen av glykolysen sker genom att modulera just detta enzyms aktivitet?

Answer 8

Enzymet: Fosfofruktokinas

Fosfatgruppen kommer ifrån: ATP-> ADP då 1 fosfat spjälkas av

Logiken: Fosfofruktokinas katalyserar en irreversibel reaktion så att detta ej sker och glykolysen fortgår eller ej då detta regleras av energi behovet.

Question 9

9.I glykolysen sker en nettosyntes av NADH. I vilken reaktion bildas NADH och vad kan denna molekyl användas till?

Answer 9

Glyceraldehyd-3-fosfat -> 1,3-bisfosfoglycerat då 2 NAD+ + 2Pi -> 2NADH + 2H+.

NADH kan transporteras till elektrontransportkedjan och för laktat bildning (anaerobt).

Question 10

10. Hur kommer det sig att röda blodkroppar måste bilda laktat för att bilda det ATP cellerna behöver och hur sker denna bildning av laktat?

Answer 10

Röda blodkroppar saknar mitokondrier och bildar allt sitt ATP i glykolysen; NAD+ återskapas genom att omvandla pyruvat till laktat. Detta pga att efterföljande steg sker i mitokondrien.

Laktatbildningen gör att glykolysen kan fortgå under anaeroba förhållanden och i celler som saknar mitokondrier.

Question 11

11. Vad menas med allosterreglering?

Answer 11

Ett protein, ofta ett enzym, regleras genom inbindningen av en molekyl till proteinets allostera säte (ej att förväxla med proteinets aktiva säte).

Question 12

12. Vilka allostera modulatorer hämmar glykolysen och vilka stimulerar den?

Vilket enzyms aktivitet regleras av respektive modulator?

Answer 12

Hexokinas

Inhiberas av: Glukos-6-fosfat (feedback inhibation)

Phosphofruktokinas

Aktiveras av: AMP och F-2,6-BP

Inhiberas av: ATP och Citrat

Pyruvatkinas

Aktiveras av: F-1,6-BP

Inhiberas av: ATP och Alanine

Question 13

13.Vilket enzym aktiveras av fruktos 2,6-bisfosfat och vilken verkan har detta på glykolysens aktivitet?

Answer 13

Detta aktiverar fosfofruktoskinas, vilket gör att glykolysen fortgår.

Question 14

14. Insulin och glukagon reglerar aktiviteten av glykolysen. Hur sker detta och vilken blir respektive hormons effekt på glykolysens aktivitet?

Answer 14

Insulin = stimulerar

• Stimulerar genom att öka den intracellulära koncentrationen av fruktos- 2,6-bisfosfat (F-2,6-BP) som aktiverar fosfofruktokinas.
• Stimulerar genom att aktivera pyruvatkinas genom defosforylering

Glukagon = hämmar

• Hämmar glykolysen genom att minska den intracellulära koncentrationen av F-2,6-BP
• Hämmar glykolysen genom att inaktivera pyruvatkinas genom fosforylering

Question 15

15. Varför kan omvandlingen av pyruvat till acetyl CoA och citronsyracykeln endast ske under aeroba förhållanden?

Answer 15

Begränsad totalmängd av FAD/FADH2 och NAD+/NADH i cellen.

• Citronsyracykeln kan bara fortgå om FAD och NAD+ återbildas från FADH2 och NADH
• Återbildningen sker i den O2-krävande elektrontransportkedjan

Under anaeroba förhållanden kan citronsyracykeln inte fortgå eftersom elektron- transportkedjan avstannar. Citronsyracykeln saknar nämligen alternativa sätt att återskapa FAD och NAD+ på egen väg.

Question 16

16.Hur tar sig det pyruvat som bildats i cytosolen in till mitokondriens matrix?

Answer 16

Mitokondriens inre membran är impermeabelt för det flesta polära molekyler och joner; speciella transportörproteiner krävs för dessa.

Pyruvat transporteras in i mitokondriens matrix med hjälp avtransportörproteinet ”mitochondrial pyruvate carrier” (MPC).

Question 17

17.Beskriv översiktligt den reaktion som katalyseras av pyruvatdehydrogenaskomplexet. Vilka är reaktanterna och produkterna?

Answer 17

Question 18

18.Vilka är de två så kallade elektronbärare som deltar i citronsyracykeln?

Answer 18

• NADH
• FADH2

Question 19

19.Beskriv översiktligt citronsyracykeln och dess ingående reaktioner. Vilken molekyl kan sägas utgöra bränslet som driver citronsyracykeln och vilka produkter avgår under ett varv i cykeln?

Answer 19

Bränslet: Acetyl CoA

Nettoreaktion:

Acetyl CoA + 3NAD+ + FAD + ADP + Pi + 2 H2O -> 2 CO2 + 3NADH + FADH2 + ATP + 2H+ + CoA

Question 20

20. Så kallade dehydrogenaser en grupp enzymer som bland annat katalyserar flera av citronsyracykelns reaktioner.

Vilken typ av reaktioner katalyserar dessa enzymer?

Answer 20

Dehydrogenaser är enzymer som oxiderar ett substrat genom att överföra H till en acceptor, ex NAD+ eller FAD

Ex:

isocitrat -> alfa-ketoglutarat

Alfa-ketoglutarat-> succinyl CoA

Question 21

21.Omvandlingen av pyruvat till acetyl CoA utgör en viktig regleringspunkt i metabolismen.

Vad är det som primärt styr pyruvatdehydrogenaskomplexets aktivitet?

Answer 21

Aktiverar: ADP & pyruvat

Inhiberar: ATP, NADH, acetyl CoA

Question 22

22.Två av citronsyracykelns reaktioner utgör de viktigaste regleringspunkterna i cykeln och enzymerna som katalyserar reaktionerna påverkas av olika allostera modulatorer.

• Vilka är enzymerna?
• Vilka molekyler utgör de viktigaste allostera modulatorerna av dessa enzymers aktivitet
• Vilken verkan har de allostera modulatorerna på enzymernas aktivitet och citronsyracykelns aktivitet i sin helhet?
• Vad har de båda reaktionerna gemensamt med det reglerade reaktionssteget där pyruvat omvandlas till acetyl CoA?

Answer 22

Enzymerna: Isocitratdehydrogenas & alfa-ketoglutaratdehydrogenas

Allostera modullatorerna:

Isocitratdehyrogenas

Aktiveras: ADP

Inhiberas: ATP & NADH

Hur cykeln påverkas:

Alfra-ketoglutaratdehydrogenas

Inhiberas: ATP, Succinyl CoA, NADH

Hur cykeln påverkas:Det båda reaktionerna är irreverisbla så de kommer göra att cac ej fortgår.

Alfa-ketoglutaratet kan istället bli glutamat och oxaloacetatet aspartat

Gemensamt med pyruvatdehydrogenas: Alla inhiberas av ATP, NADH.

Isocitratdehydrogenas och pyruvtdehydrogenas aktiveras båda av ADP.

Question 23

23.Citronsyracykelns intermediärer utgör prekursorer för en rad viktiga biomolekyler. Vid syntes av dessa biomolekyler kommer citronsyracykelns intermediärer att konsumeras vilket kommer att leda till att citronsyracykelns kapacitet att processa acetyl CoA minskar. För att undvika detta måste citronsyracykeln fyllas på med nya intermediärer.

Nämn några viktiga molekyler som kan omvandlas till citronsyracykelintermediärer.

Answer 23

Om citronsyracykelintermediärer används som byggstenar för syntes av andra biomolekyler så måste cykeln fyllas på med nya intermediärer för att cykelns funktion skall upprätthållas!!

Omvandlingen av pyruvat och glukogena aminosyror till citronsyracykelintermediärer utgör viktiga påfyllnadsreaktioner (så kallade anaplerotiska reaktioner).

Glutamat -> alfa-ketoglutarat

Propionyl CoA -> Succinyl CoA (kan bli oxaloacetat & gå in i glukoneogenesen)

Pyruvat-> Acetyl CoA

Aspartat-> Fumarat/oxaloacetat

Fumarat från uracykeln kan bilda malat

Question 24

24.Var i cellen är elektrontransportkedjan förlagd?

Answer 24

Mitokondriens inner membran

Question 25

25.Vilka två elektronbärare lämnar av elektroner i elektrontransportkedjan?

Answer 25

NADH FADH2

Question 26

26. Beskriv översiktligt de ingående komponenterna som deltar i elektrontransportkedjan.

Answer 26

* Elektronerna från NADH och FADH2lämnas i Komplex I respektive Komplex II * Via redoxreaktioner transporteras sedan elektronerna mellan ett antal olika elektronbärare för att slutligen reducera det syre vi andas till vatten i Komplex IV **Komplex I:** tar emot elektroner från NADH och för över dem till koenzym Q; pumpar samtidigt in 4 st H+ till matrix **Komplex II:** tar emot elektroner från FADH2 och för över dem till koenzym Q; citronsyracykelns succinatdehydrogenas är en del av komplexet **Komplex III:** tar emot elektroner från reducerat koenzym Q och för över dem till cytokrom c; pumpar samtidigt in 2 st H+ till matrix **Komplex IV:** tar emot elektroner från reducerat cytokrom c och reducerar molekylärt syre (H20 bildas); pumpar samtidigt in 4 st H+ till matrix Lösliga elektronbärare **Koenzym Q (ubikinon):** koenzym lösligt i membranet som för över elektroner från Komplex I och II till Komplex III **Cytokrom c:** lösligt protein som för över elektroner från Komplex III till Komplex IV

Question 27

27.Elektrontransportkedjan utgörs av en serie redox-reaktioner där elektronersom lämnats av till kedjan slussas mellan ett antal proteinkomplex. Vilken är den finalaacceptorn av elektronerna och var sker reduktionen av denna acceptor?

Answer 27

**Den finala acceptorn:** molekylärt syre (O2) **Reduktionen:** Komplex 4

Question 28

28.På vilket sätt möjliggör elektrontransportkedjan syntes av ATP via oxidativ fosforylering?

Answer 28

Förlagd i mitokondriens inre membran. Med hjälp av de elektroner som skördats som NADH och FADH2 genererar elektrontransportkedjan en **protongradient** över mitokondriens inre membran. **Protongradienten** över mitokondriens inre membran används för att driva syntes av ATP när protonerna flödar tillbaka till mitokondriens matrix via proteinkomplexet ATP-syntas.

Question 29

29. Vilket proteinkomplex utnyttjas för att slutligen bilda ATP och vad är det som driver denna syntes?

Answer 29

Under elektrontransporten genom komplex 1, 3 & 4 pumpas protoner från matrix till de intermembrana rummet vilket skapar en protongradient över mitokondriens inre membran. Energin lagrad i protongradienten utnyttja för att driva syntesen av ATP när protonerna flödar tillbaka till matrix genom **proteinkomplexet ATP-syntas**

Question 30

30.Hur kommer det sig att FADH2 slutligen genererar mindre ATP än NADH, trots att båda dessa elektronbärare lämnar av två elektroner till elektrontransportkedjan?

Answer 30

* NADH -\> 2.5 ATP* * FADH2 -\> 1.5 ATP.* Skillnaden beror på att NADH lämnar av sina elektroner i Komplex I medan FADH2 gör det först i Komplex II; NADH bidrar således mer än FADH2 till protongradienten då dess elektroner gör att fler protoner pumpas in i matrix (NADH; 10 H+ pumpas in, FADH2; 6 H+ pumpas in). 10 H+ genererar 2.5 ATP när de strömmar tillbaka till matrix via ATP syntas; 6 H+genererar endast 1.5 ATP.

Question 31

31.Varför är elektrontransportkedjan en aerob process?

Answer 31

**Den finala acceptorn** av elektronerna är **molekylärt syre (O2)** vilket gör att elektrontransportkedjan är en aerob process som inte kan ske under anaeroba förhållanden.