Nedbrydning af kulhydrat

Respiration

C6H12O6 + 6 O2 + 30 ADP + 30P —> 6 CO2 + 6 H2O + 30 ATP

ligningen for aerob respiration er velkendt, men nu dykker vi ned i i cellen og undersøger hvordan glukose omdannes til ATP.

Oversigt over nedbrydning af glukose. Den blå proces sker anaerobt, mens de røde behøver oxygen.

I figuren viser hovedelementerne i nedbrydningen af kulhydrat. Der optages glukose og oxygen og afgives vand og CO2 . Der er 4 processer i spil.

Glykolysen hvor den anaerobe respiration sker og her er udbyttet 2 ATP. Den sker i cellens cytoplasma.

Decarboxylering, hvor der fraspaltes et CO2 molekyle.

Citronsyrecyklus inde i mitokondriet, danner forskellige energirige molekyler der transporteres til elektrontransportkæden hvor det veksles til ATP. Kan kun forløbe hvis der er ilt tilstede.

Elektrontransportkæden omdanner energirige molekyler til ATP ved brug af oxygen. Sker også i mitokondriet.

Er du til en mere munter gennemgang, så slår intet de awsome Amoeba sisters.

Avanceret animation på dansk af hele processen fra Biokemibogen.

Første trin
GLYKOLYSEN

Den korte version:

I glykolysen tilføres et molekyle glukose, 2 ADP og to uorganiske fosfat Pi . Resultatet er en produktion af 2 ATP samt to pyruvat. Pyrovat går videre i til det næste led – hvilken vej afhænger af om der er ilt tilstede. Næste figur er mere kompliceret – hold øje med hvilke stoffer der går ind og ud af glykolysen for så er det lettere at bevare overblikket.

I detaljer ser omdannelsen af glukose til pyrovat sådan her ud. Følg numrene på figuren.

1. Først bruges et ATP, og P sættes på glukosen så den nu hedder glukose-6- fosfat.

2. det bliver nu til fructose-6-fosfat.

3. der investeres endnu et ATP. og P hægter sig på fruktose-1,6-bifosfat. Bemærk at resultatet skal være + 2 ATP, men vi har kun brugt 2 ATP indtil nu så vi er i underskud,

4. fruktose-1,6-bifosfat splittes op i to molekyler. Det har indtil nu være et molekyle med 6 carbonatomer (C6), men er nu opdel i to C3.

5. Der er en kemisk ligevægt mellem to to C3 molekyler.

6. Nu tilsættes to P-atomer samt et CO-enzym kaldet NAD+. NAD+ fjerner hydrogenatomer (H) fra glyceraldehyd-3-phosphat. De H+ skal afleveres senere, men det afhænger om der er ilt tilstede eller ej. Læg mærke til at der står “2” ved pilen – det er fordi vi fortsætter med 2 C3 molekyler efter C6 molekylet blev spaltet og derfor skal alt herfra ganges med 2.

7. Nu laves det første ATP. ADP oplades til ATP (Pi vises ikke). Energioverskuddet er nul på det her tidspunkt.

8. Der sker en ombygning af molekyet og P flyttes.

9. Vand spaltes fra.

10. Endnu 2 ATP dannes, og vi har nu en total gevinst på 2 ATP for glykolysen. Vi står med produktet pyruvat.

eller kort fortalt:

Pyruvat har to mulige skæbner

Hvis der er ilt tilstede (aerobt)

Pyruvaten gennemgår andet trin. Det omdannes til acetyl-CoenzymA inden det kan gå videre til tredje trin – citronsyrecyklus.Pyruvat går i forbindelse med H-S-CoA og NAD+ og danner molekylet acetyl-CoenzymA der går videre i næste led i citronsyrecyklus. Der dannes også CO2 og NADH. CO2 er et affaldsprodukt der udskilles af cellen, mens NADH er et energirigt molekyle, som veksles til ATP i elektrontransportkæden (fjerde led).

Hvis der ikke er ilt tilstede (anaerobt)

Er der ikke ilt tilstede, dannes der laktat (mælkesyre). Det sker ved at pyrovaten reagerer med den NADH + H+, som blev dannet i glykolysen. Så bliver NAD+ igen ledig, så den kan gå ned og opsamle nye H+, så glykolysen kan fortsætte.

Processen kan ikke blive ved, fordi laktat ophobes, og kan der ikke fjernes flere H+, bremses glykolysen.

Det er grunden kort efter man begynder en aktivitet sætter gang i hurtigere og dybere åndedræt og øget puls så der kan komme ilt til kroppens celler. Det kan kun ophobes i kort tid (det er derfor vi ikke kan klare os uden ilt!).

Citronsyrecyklus

Og den detaljerede version…

Citronsyrecyklus trin for trin

Denne proces foregår inde i mitokondriet. Det er en række af reaktioner som går i en cyklus. Der tilføjes acetyl-CoenzymA til cyklen i hver runde.

Kort fortalt er formålet med citronsyrecyklus af lave nogle energirige forbindelse som senere kan laves om til ATP i elektrontransportkæden. Det er lettest at få overblik ved at følge antal carbonforbindelser i hvert trin.

1. Hvis vi begynder med acetyl-CoenzymA indeholder det to carbonatomer – C2 . Det tilsættes kredsløbet et sted hvor der allerede findes et C4 så de smelter sammen og danner en C6 . CoenzymA fraspaltes inden og genbruges,mens kun acetyl (C2) går videre.

2. Nu fraspaltes det energirige NADH + H+ samt CO2 . Med da CO2 er det en C5 der fortsætter i cyklussen.

3. NADH + H+ samt CO2 spaltes fra og vi er nede på C4.

4. FADH2 og GTP fraspaltes. Den første veksles til ATP i næste trin, mens GTP i energi svarer til energien i ATP (men kan i øvrigt også indgå i opbygningen af RNA).

1. vi er tilbage til start hvor et C4 mødes med et C2. og danner et nyt C6 og cyklussen fortsætter…

Elektrontransportkæden - fjerde og sidste led

Formålet med elektrontransportkæden er at oversætte de dannede NADH + H+ og FADH2til ATP til ATPDet sker hen over membranen i mitokondriet.

Mitokondriet består af en dobbelt membran som er foldet. Det skaber et hulrum kaldet det ydre rum som adskilles fra det indre rum (rødt).

Princippet for dannelse af ATP er, at bruge de energirige molekyler til at pumpe så mange H+ ud i det ydre rum som muligt. Den store forskel i koncentrationen gør at H+ forsøger at udligne og trænge igennem membranen. Det kan den kun gøre igennem bestemte proteiner i membranen – kaldet ATPase. Når en H+ passerer, så opsamler den energien og omdanner den til ATP.

ved det første kanalprotein ek1 afleverer NADH + H+ to elektroner og i den proces pumpes H+ ind i det ydre rum, så koncentrationsforskellen øges.

De to elektroner vandrer til næste kanalprotein c-red. Her får de et spark videre af FADH2 imens der igen pumpes H+ ioner ind.

Elektronerne ender nu i det sidste kanalprotein hvor de optages af O2 + 4 H+ og danner 2 H2O. Det er nødvendigt at have et sted at aflevere elektronerne, for at processen kan finde sted. Hos mennesket er oxidationsmidlet oxygen, men andre organismer andre stoffer som fx. nitrat.

De tre pumper har øget koncentrationsgradienten og dannelsen af vand har øget den yderligere ved at fjerne to H+ ioner.

Det sidste protein – ATP-syntase. Den fungerer som en vandmølle og H+ ionerne er vandet. De presser sig igennem ATP-syntasen og energien oplader ADP til ATP.

Det samlede ATP-regnskab

Til venstre ses det samlede regnskab.

Grunden til at NADH + H+ giver mindre ATP i glykolysen, er fordi det sker i cytoplasma. Det koster energi til aktiv transport at transportere det ind i mitokondriet. I hjerte og lever sker glykolysen i mitokondriet, så derfor er udbyttet 2 ATP højere dvs. ialt 32 ATP.

FADH2 genererer heller ikke så meget energi som NADH + H+ fordi det er mindre energirigt. I elektrontransportkæden har det kun energi til at skubbe de to elektroner én plads frem, mens NADH + H+ N skubber det helt fra ek1 til c-ox.

Eksempler på nedbrydning uden oxygen

Oxygen er nødvendigt for at modtage de frie elektroner. Andre organismer kan bruge andre stoffer, som godt nok ikke er så effektive.

Denitrifikationen er en proces hvor bakterier nedbryder organisk stof og de bruger nitrat som oxidationsmiddel.

24 NO3 + 24 H+ + 5 C6H12O6 –> 12 N2 + 30 CO2 + 42 H2O

Et andet eksempel er svovlbakterier vi mødte i NV. De er almindelige under iltsvind på havbunden, og kan skabe bundvending med hydrogensulfid.

3 SO4-2 + 6 H+ + C6H12O6 –> 3 H2S + 6 CO2 + 6 H2O

Gæring

Gæring er en ufuldstændig nedbrydning uden brug af ilt. dvs. der er et energirigt restprodukt. Den mest kendte gæring er alkoholgæring og restproduktet er alkohol som har et energiindhold der er større end i glukose. Det er ikke kun gør som kan lave alkohol, men også damkarudser (minder om brasen) samt mange planter.

C6H12O6 -> 2 CO2 + 2 CH3CH2OH