4.12 – Mikrobiel metabolisme – Kapitelresumé

Kapitelresumé

4.1 Kataboliske og anaboliske reaktioner

  • Summen af alle kemiske reaktioner i en levende organisme, er kendt som metabolisme.
  • Katabolisme, refererer til kemiske reaktioner, der resulterer i opdelingen af mere komplekse organiske molekyler til simplere stoffer. Kataboliske reaktioner, frigiver sædvanligvis energi.
  • Anabolisme, refererer til kemiske reaktioner, hvor enklere stoffer kombineres til dannelse af mere komplekse molekyler. Anabolske reaktioner, kræver normalt energi.
  • Energien fra kataboliske reaktioner, anvendes til at drive anabolske reaktioner.
  • Energien til kemiske reaktioner bliver lagret i ATP molekylet.

4.2 Enzymer

  • Enzymer er proteiner der dannes af levende celler, der katalyserer kemiske reaktioner, ved at sænke aktiveringsenerginiveauet.
  • Enzymer, er generelt kugleformede proteiner, med karakteristiske tredimensionelle former.
  • Enzymer er effektive, kan operere ved relativt lave temperaturer og er underlagt forskellige cellulære kontroller.
  • Når et enzym og et substrat kombineres, transformeres substratet og enzymet genudvindes.
  • Enzymer er kendetegnet ved specificitet, der er en funktion af deres aktivsted.

4.2.4 Navngivning af enzymer

  • Enzymers navne, ender som regel med –ase.
  • De seks klasser af enzymer er defineret på baggrund af de typer af reaktioner de katalyserer.

4.2.5 Enzymkomponenter

  • De fleste enzymer er holoenzymer, der består af en proteindel (apoenzym) og en ikke proteindel (cofaktor).
  • Cofaktoren kan være en metalion (jern, kobber, magnesium, mangan, zink, calcium eller kobolt), eller et komplekst organisk molekyle, kendt som et coenzym (NAD+, NADP+, FMN, FAD eller coenzym A).

4.2.6 Faktorer der påvirker enzymatisk aktivitet

  • Ved høje temperaturer, undergår enzymer denaturering og de mister deres katalytiske egenskaber; ved lave temperaturer, falder reaktionshastigheden.
  • pH, ved hvilken den enzymatiske aktivitet er maksimal, er kendt som den optimale pH.
  • Den enzymatiske aktivitet stiger i takt med at substratkoncentrationen stiger, indtil enzymerne er mættede.
  • Kompetative inhibitorer, konkurrerer med det normale substrat om det aktive sted på enzymet. Ikke-kompetative inhibitorer virker på andre dele af apoenzymet eller på cofaktoren og mindsker enzymets evne til at kombinere sig med dets normale substrat.

4.2.7 Feedback inhibering

  • Feedback inhibering forekommer, når slutproduktet af en metabolisk reaktionsvej, hæmmer et enzyms aktivitet i starten af den metaboliske reaktionsvej.

4.2.8 Ribozymer

  • Ribozymer er enzymatiske RNA molekyler, der er involveret i proteinsyntese.

4.3 Energiproduktion

4.3.1 Oxidation-reduktion reaktioner

  • Oxidation er fjernelse af en eller flere elektroner fra et substrat. Protoner (H+), fjernes ofte sammen med elektronerne.
  • Reduktion af et substrat, henviser til at substratet modtager en eller flere elektroner.
  • Hver gang et stof oxideres, reduceres et andet stof samtidigt.
  • NAD+ er den oxiderede form; NADH er den reducerede form.
  • Glucose er et reduceret molekyle; energi frigives under en celles oxidation af glucose.

4.3.2 Fremstilling af ATP

  • Energi frigives under visse metaboliske reaktioner, kan blive opfanget og danne ATP fra ADP og (phosphat). Tilføjelse af et molekyle kaldes phosphorylering.
  • Under substratniveau phosphorylering, bliver et højenergi fra et mellemprodukt af katabolisme, tilføjet til ADP.
  • I oxidativ phosphorylering, frigives energi som elektroner, der føres til en serie af elektronacceptorer (en elektrontransportkæde) og føres til sidst til O2 eller en anden uorganisk forbindelse.
  • Under fotophosphorylering, bliver energi fra lys fanget af klorofyl og elektroner ledes gennem en serie af elektronacceptorer. Denne energioverførsel frigiver energi, der anvendes til syntesen af ATP.

4.3.3 Metaboliske reaktionsveje til energiproduktion

  • En række enzymatisk katalyserede kemiske reaktioner, kaldes metaboliske reaktionsveje og de lagrer energi i, eller frigiver energi fra organiske molekyler.

4.4 Kulhydratkatabolisme

  • Det meste af en celles energi, produceres ved oxidation af kulhydrater.
  • De to hovedtyper af kulhydratkatabolisme, er respiration hvor kulhydratet nedbrydes helt og fermentering, hvor kulhydratet nedbrydes delvist.

4.4.1 Glycolyse

  • Den mest almindelige ved til oxidation af glucose, er glycolyse. Pyrovinsyre er slutproduktet.
  • To ATP og to NADH molekyler fremstilles af et glucose molekyle.

4.4.2 Andre veje til glycolyse

  • Pentosephosphatreaktionsvejen, anvendes til at oxidere fem-kulstof sukker; et ATP og 12 NADH molekyler fremstilles af et glucose molekyle.
  • Entner-Doudoroff reaktionsvejen, giver et ATP og to NADH molekyler ved oxidation af et glucose molekyle.

4.4.3 Cellulær respiration

  • Under respiration, oxideres organiske molekyler. Der dannes energi fra oxidation af elektrontransportkæden.
  • I aerob respiration, fungerer O2 som den endelige elektronacceptor.
  • I anaerob respiration, er den endelige elektronacceptor ikke O2; elektronacceptorer i anaerob respiration omfatter NO3–, SO42- og CO32-.
  • Decarboxylering af pyrovinsyre danner et CO2 molekyle og en acetylgruppe.
  • To-kulstof acetylgrupper, oxideres i Krebs’ cyklus. Elektroner opsamles af NAD+ og FAD for elektrontransportkæden.
  • Fra et molekyle glucose, danner oxidation seks molekyler NADH, to molekyler FADH2 og to molekyler ATP.
  • Decarboxylering danner seks molekyler CO2.
  • NADH og FADH2 bærer elektroner til elektrontransportkæden for NADH.
  • Elektrontransportkæden, består af elektronbærere, herunder flavoproteiner, cytokromer og ubiquinoner.
  • Protoner pumpes henover membranen og danner en protonpumpe, ved elektronernes bevægelse gennem serien af elektronacceptorer eller bærere.
  • Energien, fremstillet af protonernes bevægelse tilbage over membranen, bruges af ATP syntase til at danne ATP fra ADP og .
  • I eukaryoter, er elektronbærerene placeret på den indre mitokondrielle membran; i prokaryoter findes elektronbærerne i plasmamembranen.
  • I aerobe prokaryoter, kan 18 ATP molekyler dannes ved den fuldstædige oxidation af et glucose molekyle i glycolysen, Krebs’ cyklus og elektrontransportkæden.
  • I eukaryoter, kan 36 ATP molekyler dannes ved den fuldstændige oxidation af et glucose molekyle.
  • Det samlede ATP udbytte i anaerob respiration, er mindre end i aerob respiration, fordi kun en del af Krebs’ cyklus opererer under anaerobe betingelser.

4.4.4 Fermentering

  • Fermentering frigiver energi fra sukkerarter eller andre organiske molekyler, ved oxidation.
  • O2 er ikke påkrævet ved fermentering.
  • To ATP molekyler dannes af substratniveau phosphorylering.
  • Elektroner fjernet fra substratet, reducerer NAD+.
  • Den endelige elektronacceptor, er et organisk molekyle.
  • I mælkesyrefermentering, reduceres pyrovinsyre til mælkesyre ved NADH.
  • I alkoholfermentering, reduceres acetaldehyd til ethanol ved NADH.
  • Heterolaktiske fermentatorer kan benytte pentosephosphatreaktionsvejen til at danne mælkesyre og ethanol.

4.5 Lipid- og proteinkatabolisme

  • Lipaser hydrolyserer lipider til glycerol og fedtsyrer.
  • Fedtsyrer og andre carbonhydrider kataboliseres ved beta-oxidation.
  • Kataboliske produkter, kan yderligere opdeles i glycolysen og Krebs’ cyklus.
  • Inden aminosyrer kan kataboliseres, skal de konverteres til forskellige stoffer, der kan indtræde i Krebs’ cyklus.
  • Transaminerings-, decarboxylerings- og afsvovlingsreaktioner, konverterer aminosyrerne der skal kataboliseres.

4.6 Biokemiske tests og bakterieidentifikation

  • Bakterier og gær, kan identificeres ved at påvise virkningen af deres enzymer.
  • Fermenteringstest bruges til at bestemme, om en organisme kan fermentere et kulhydrat til dannelse af syre og gas.

4.7 Fotosyntese

  • Fotosyntese, er omdannelsen af lysenergi fra Solen til kemisk energi; den kemiske energi anvendes til kulstoffiksering.

4.7.1 De lysafhængige reaktioner – Fotophosphorylering

  • Klorofyl a, bruges af grønne planter, alger og cyanobakterier.
  • Elektroner fra klorofyl passerer gennem en elektrontransportkæde, hvorfra ATP dannes ved chemiosmose.
  • Fotosystemer består af klorofyl og andre pigmenter, indpakket i thylakoide membraner.
  • I cyklisk fotophosphorylering, returnerer elektronerne til klorofyl.
  • I noncyklisk fotophosphorylering, anvendes elektronerne til at reducere NADP+. Elektronerne far H2O eller H2S erstatter dem der tabes fra klorofyl.
  • Når H2O oxideres af grønne planter, alger eller cyanobakterier, dannes O2; når H2S oxideres af svovlbakterier, dannes S0

4.7.2 De lysuafhængige reaktioner – Calvin-Bensons cyklussen

  • CO2 anvendes til at syntetiserer sukkere i Calvin-Benson cyklussen.

4.8 Oversigt over energiproducerende mekanismer

  • Sollys omdannes til kemisk energi ved oxidationsreaktioner der udøves af fototrofer. Kemotrofer kan bruge denne kemiske energi.
  • For at producere energi, har en celle behov for en elektrondonor (organisk eller uorganisk), et system af elektronbærere og en endelig elektronacceptor (organisk eller uorganisk).

4.9 Metabolisk diversitet blandt organismer

  • Fotoautotrofers udvinder energi gennem fotophosphorylering og kulstoffiksering fra CO2 via Calvin-Benson cyklussen til syntese af organiske forbindelser.
  • Cyanobakterier er oxy fototrofer. Grønne og lilla svovlbakterier er anoxy fototrofer.
  • Fotoheterotrofer, bruger lys som energikilde og en organisk forbindelse som deres kulstofkilde og elektrondonor.
  • Kemoautotrofer, bruger uorganiske forbindelser som deres energikilde og kuldioxid som deres kulstofkilde.
  • Kemoheterotrofer, anvender komplekse organiske molekyler som deres energi- og kulstofkilder.

4.10 Metaboliske reaktionsveje for energiforbrug

4.10.1 Biosyntese af polysaccharider

  • Glykogen dannes fra ADPG.
  • UDPNAc er udgangsmaterialet for biosyntesen af peptidoglycan.

4.10.2 Biosyntese af lipider

  • Lipider syntetiseres fra fedtsyrer og glycerol.
  • Glycerol afledes af dihydroxyacetonephosphat og fedtsyrer opbygges fra acetyl CoA.

4.10.3 Biosyntese af aminosyrer og proteiner

  • Aminosyrer er nødvendige for proteinsyntesen.
  • Alle aminosyrer kan syntetiseres, enten direkte eller indirekte, fra mellemprodukter i kulhydratmetabolismen, i sær fra Krebs’ cyklus.

4.10.4 Biosyntese af purin og pyrimidin

  • De sukkerarter der indgår i nukleotiderne, er afledt af pentosephosphatreaktionsvejen eller Entner-Doudoroff reaktionsvejen.
  • Kulstof- og nitrogenatomer fra visse aminosyrer, danner rygraden i puriner og pyrimidiner.

4.11 Metabolismens integration

  • Anabolske og katabolske reaktioner, er integrerede via en gruppe af fælles mellemprodukter.
  • Sådanne integrerede metaboliske reaktionsveje, benævnes amfiboliske reaktionsveje.
← Forsiden 4.13 – Kapitelspørgsmål →