The Cell Kurslitteratur: Purves, Sadava, Orians & Heller; LIFE The Science of Biology (6. el 7. upplagan) Kap. 2-7 Nätupplaga hittas på adressen www.whfreeman.com/thelifewirebridge2/

Innehåll Inledning Små molekyler Stora molekyler Cellen Cellmembranen Energi, enzymer och metabolism Metaboliska processer i cellen

1. Inledning Från atomer till biosfären: Atom  Molekyl  Cell  Vävnad  Organ  Organism  Population  Samhälle  Ekosystem  Biosfär Fig. 1.6 www.whfreeman.com/thelifewirebridge2/

2 Små molekyler All materia består av atomer Fig. 2.2 Heliumatomen www.whfreeman.com/thelifewirebridge2/ Atomer är alltid neutralt laddade (har lika många protoner som elektroner)

Ett grundämne består av samma slags atomer Viktigaste grundämnen i människas kropp: kol, väte, kväve, syre, fosfor och svavel (98 % av biomassan) Atomer identifieras på basen av hur många protoner de har = atomnummer Alla atomer förutom ”vanligt” väte har en eller flera neutroner i sin kärna Summan av protoner och neutroner i en atoms kärna = massnummer

Isotoper Fig 2.4 www.whfreeman.com/thelifewirebridge2/ Samma grundämne men olika antal neutroner, dvs. olika massnummer och olika vikt Normalt förekommer isotoperna i ett visst förhållande till varandra Ett ämnes atomvikt är medeltal av isotopernas atomvikter med hänsyn till deras förekomst Ex. H atomvikt = 1,008

Elektroner Står för reaktiviteten hos ett ämne Alla kemiska reaktioner uppstår genom ett utbyte av elektroner Elektronorbital: det utrymme där en elektron förekommer åtminstone 90% av tiden Elektroner snurrar alltid runt sin egen axel, medsols eller motsols En given orbital kan fyllas med två elektroner med motsatt spinn

Orbitaler bildar olika lager runt kärnan Fig. 2.7 www.whfreeman.com/thelifewirebridge2/

Kemiska bindningar Genom att dela på elektroner kan två atomer länkas samman En molekyl består alltid av två eller flera atomer Kovalent bindning = när två atomer delar lika på elektroner Enkel bindning = ett par e delas (2 e) Dubbelbindning = två par e delas (4 e) Trippelbindning = tre par e delas (6 e) H, C, O och N bildar de starkaste kovalenta bindningarna, viktiga i levande material

Fig. 2.8 www.whfreeman.com/thelifewirebridge2/

Molekyler Består av flera atomer som hålls samman genom kemiska bindningar Grundämnesmolekyl = samma slags atomer Kemisk förening = olika slags atomer Molekylformeln visar hur många atomer av varje ämne det finns i molekylen Skrivs nere till höger, ex. Metan CH4 består av 1 kolatom och 4 väteatomer Strukturformeln berättar hur atomerna är bundna till varandra

Molekylvikt = summan av atomvikterna Molekylvikten ger den relativa storleken hos en molekyl Fig. 2.9 www.whfreeman.com/thelifewirebridge2/

Joner och jonbindningar Många ämnen joniseras i vatten, dvs. bindningarna mellan atomerna bryts och atomerna blir elektriskt laddade = joner Katjoner = joner med positiv laddning Anjoner = joner med negativ laddning Ex. HCl i vatten  H+ + Cl- (stabila joner ty bådas yttre skal är fyllda) Grupper med atomer kan också bilda joner Ex. NH4+, SO42-

Joner med motsatt laddning attraherar varandra = jonbindningar Ex. NaCl består av Na+ och Cl- joner Bindningarna bygger på elektrisk attraktion, atomerna delar egentligen inte på elektronerna utan ena jonen har e-paret hela tiden Löser sig lätt i vatten Jonbindningar bryts lättare än kovalenta bindningar Fig. 2.13 www.whfreeman.com/thelifewirebridge2/

Den biologiskt viktigaste föreningen Vatten, H2O Den biologiskt viktigaste föreningen Ingen organism kan leva ett biologiskt aktivt liv utan vatten Vatten löser många ämnen De biologiskt intressanta reaktionerna sker i vatten Deltar också i många viktiga reaktioner Vatten kan joniseras (i mycket liten grad) H2O  H+ + OH- Dessa joner deltar i många viktiga kemiska reaktioner

Polaritet I polära molekyler är laddningen inte jämnt fördelad i den kovalenta bindningen Ex. I H2O dras e-paret mera till syreatomen (syre är mera elektronegativt, ty syre har 8 protoner, medan H har endast 1 var) Syre får då en negativ delladdning medan vätena får positiva delladdningar Polariteten gör vattnet till ett bra lösningsmedel Metan är icke polärt, e-paret är jämnt fördelat mellan atomerna. Fig. 2.11 www.whfreeman.com/thelifewirebridge2/

Vätebindningar Pga. vattnets polaritet blir vattenmolekylerna attraherade till varandra 1/10 av de kovalenta bindningarnas styrka Spelar en stor roll vid bildandet av stora molekyler, t.ex. proteiner och DNA Fig. 2.12 www.whfreeman.com/thelifewirebridge2/

Interaktioner mellan icke polära molekyler Uppstår när oladdade molekyler kommer så nära varandra att deras elektronmoln kommer i kontakt med varandra Elektronerna hos en molekyl attraheras då svagt av kärnorna i den andra molekylens atomer Kallas van der Waals-interaktion Viktiga i stora molekyler

Hydrofob interaktion När icke polära molekyler förs samman i t.ex vatten för att minimera kontakten med vatten, t.ex.olja i vatten bildar droppar Hydrofob = skyr vatten Hydrofil = tycker om vatten

Kemiska reaktioner När atomer går samman eller molekyler byter bindningar med andra molekyler sker en kemisk reaktion Under reaktionens gång sker en uppspjälkning av de kemiska bindningarna och nya bildas Vid reaktioner sker energiförändringar Exoterm reaktion = energi frigörs (spontan) Endoterm reaktion = energi binds (energi måste tillföras för att reaktionen skall ske) Ex. förbränning av propan C3H8 + 5 02  3 CO2 + 4 H20 + energi

Fig. 2.15 www.whfreeman.com/thelifewirebridge2/

Organiska föreningar Innehåller alltid kol De enklaste organiska föreningarna är kolväten Metan CH4 Etan CH3-CH3 Propan CH3-CH2-CH2 Dessa är mättade kolväten, har endast enkelbindningar Omättade kolväten har en dubbelbindning och kan reagera med väte Ex. CH2=CH2 + H2  CH3-CH3 Fleromättade kolväten har flera dubbelbindningar Kolväten är brännbara, oljiga och icke polära (löser sig inte i vatten)

Funktionella grupper Hydroxylgrupp –OH = alkohol Karbonylgrupp Aldehyd –CHO Keton –COR (–COCH3) Socker innehåller –OH och karbonylgrupp Karboxylgrupp –COOH = syra Aminogrupp –NH2 = amin (baser) –SH grupp; viktig i proteiner Fosfatgrupp –O–PO32- ; viktiga i reaktioner som överför energi Fig. 2.20 www.whfreeman.com/thelifewirebridge2/

3 Stora molekyler Makromolekyler Fyra olika: proteiner, nukleinsyror, kolhydrater och lipider Har en molekylvikt över 1000 Är polymerer = bildas genom att många små molekyler (monomerer) går samman En oligomer innehåller endast några få monomerer Makromolekyler bildas av monomerer i kondensations- och dehydreringsreaktioner Ex. A-H + B-OH  A-B + H2O Vatten spjälks bort Energi måste tillföras

Fig. 3.3 www.whfreeman.com/thelifewirebridge2/

Proteiner Bildas av aminosyror (aa) Proteiner har många viktiga uppgifter i kroppen: Finns i membraner (utgör kanaler) Finns i huden, ben och senor Viktiga för immunförsvaret Enzymer Det är proteiner i muskelceller som står för kontraktionen

Aminosyror innehåller en karboxylgrupp och en aminogrupp bundna till samma kolatom (kallas -kol). Till samma kol är även en H-atom och en sidokedja (R) bunden. 20 olika aminosyror utgör byggstenarna för proteiner Är alla lika förutom ifråga om sidokedjan, som är olika hos alla Aminosyror är samtidigt både syror och baser Sidokedjorna står för de kemiska egenskaperna, dvs. de är de reaktiva grupperna Inbördes rangordning hos sidokedjorna bestämmer proteinets 3D struktur Olika sidokedjor: 5 elektriskt laddade (hydrofila), både + och - 5 oladdade men polära (hydrofila) 7 opolära (hydrofoba) 3 specialfall (normalt hydrofoba)

Tab 3.2 www.whfreeman.com/thelifewirebridge2/

Disulfidbindningen är viktig i många proteiner Två leucinsidokedjor kan bilda en disulfidbrygga som är en kovalent bindning Disulfidbindningen är viktig i många proteiner Fig. 3.4 www.whfreeman.com/thelifewirebridge2/

Peptidbryggor Binder samman aa-monomererna till polymerer (=proteiner) Karboxylgryppen hos en aa reagerar med aminogruppen hos en annan aa, vatten spjälks bort och det bildas en peptidbrygga Fig. 3.5 www.whfreeman.com/thelifewirebridge2/

En linjär polymer av aa kallas för polypeptid Ett protein består av en eller flera polypeptider I ena ändan av en polypeptid finns en fri aminogrupp = N-ändan I den andra ändan av polypeptiden finns en fri karboxylgrupp = C-ändan Proteinerna har en riktning Ex. N-glycin-alanin-C olika N-alanin-glycin-C

Proteinstrukturens nivåer Primärstruktur Den exakta sekvensen av aa i en linjär polypeptid Sekundärstuktur Består av reguljära, upprepade mönster hos olika delar av polypeptidkedjan -helix (en högervriden spiral), -plattor, trippelhelix Tertiärstruktur Det slutgiltiga utseendet hos en polypeptidkedja Kvartiärstruktur Hos proteiner med en eller flera polypeptidkedjor Beskriver hur dessa kedjor förhåller sig till varandra

www.whfreeman.com/thelifewirebridge2/ Fig. 3.6

Kolhydrater (H-C-OH) Monosackarider Disackarider Det finns tre grupper av kolhydrater: Monosackarider Enkla socker, består av en monomer Glukos (C6H12O6), fruktos, mannos, galaktos Pentossocker (har 5 kolatomer): Ribos, finns i RNA Deoxyribos, finns i DNA Disackarider Består av 2 monosackarider De binds kovalent till varandra genom en glykosidbindning (-O-) Maltos C12H22O11 består av 2 glukos - H2O Sackaros, består av glukos + fruktos Laktos, består av glukos + galaktos

Fig 3.15 www.whfreeman.com/thelifewirebridge2/

Kan bestå av upp till 1000 olika glukosenheter Stärkelse och cellulosa Polysackarider Kan bestå av upp till 1000 olika glukosenheter Stärkelse och cellulosa Glykogen Fungerar som energireserv i lever och muskler Kan brytas ner till glukosmonomerer, då frigörs energi

Fig. 3.16

Lipider Olösliga i vatten, löser sig i organiska (opolära) lösningsmedel, t.ex. Eter Frigör stora mängder energi när de bryts ner Fosfolipiderna är viktiga i cellmembraner Fungerar som barriärer för polära ämnen såsom joner, socker och aminosyror Lagrar energi i form av fett Isolerar nerver

Triglycerider enkla lipider Fetter = fasta vid rumstemperatur Oljor = flytande vid rumstemperatur Består av två slags byggstenar: 3 fettsyror och en glycerolmolekyl Fettsyra = Karboxylsyror med långa kolvätekedjor Glycerol = en liten alkohol med 3 -OH grupper Typiska fettsyror: Palmintrinsyra och stearinsyra (mättade) samt lineolsyra (fleromättad)

Fig. 3.18 Syntes av en triglycerid www.whfreeman.com/thelifewirebridge2/

Fosfolipider Bildas av en glycerol-molekyl, två fettsyror och en fosfatgrupp Fosfatgruppen är laddad = hydrofil grupp Fettsyrorna är hydrofoba Viktiga i biologiska membraner där de bildar ett dubbellager av lipider Fig 3.21 www.whfreeman.com/thelifewirebridge2/ Fig. 3.20

Karotener Steroider Ljusabsorberande pigment Ex. -karoten (deltar i fotosyntesen) I en människa kan en molekyl av -karoten brytas ner till två vitamin A molekyler. Av vitamin A kan vi sedan göra pigmentet rhodopsin som är viktigt för synen Färgar bl.a. morötter och tomater Steroider Aromatiska Ex. Hormoner; fungerar som kemiska signaler i kroppen Ex. Testosteron, kortison De flesta lipider kan tillverkas i kroppen men en del måste intagas med födan

Nukleinsyror DNA = deoxyribonukleinsyra RNA = ribonukleinsyra En stor polymer som innehåller instruktioner för att tillverka proteiner (utgör det genetiska materialet) RNA = ribonukleinsyra Tolkar och utför instruktionerna i DNA Nulkeinsyror bildas av nukleotider Nukleotiderna består av ett pentossocker, en fosfatgrupp och en kväveinnehållande bas I DNA och RNA finns fem olika nukleotider, baserna skiljer sig åt

Fig. 3.24 www.whfreeman.com/thelifewirebridge2/

De flesta RNA består av en enkel kedja DNA består av en dubbelkedja Ryggraden hos RNA och DNA består av alternerande socker och fosfat, baserna pekar ut från kedjan Nukleotiderna binds samman med fosfodiesterbindningar mellan socker hos en nukleotid och fosfat hos nästa De flesta RNA består av en enkel kedja DNA består av en dubbelkedja De två polynukleotidkedjorna hålls samman genom vätebindningar mellan baserna Kedjorna är antiparallella, har olika riktning

www.whfreeman.com/thelifewirebridge2/ Fig. 3.25

Baserna i DNA = adenin, cytosin, guanin och thymin adenin=thymin, cytosinguanin Purinbaser: adenin och guanin (stora baser) Pyrimidinbaser: thymin och cytosin (små baser) Genom att en bas endast kan para sig med en annan specifik bas får vi samma storlek på basparen, vilket möjliggör en effektiv kopiering av DNA-kedjorna Baserna i RNA: adenin, guanin, cytosin och uracil När RNA kopierar DNA binder (RNA) adenin till thymin (DNA) uracil till adenin guanin till cytosin cytosin till guanin

DNA molekylen bildar en dubbelhelix Ser alltid likadan ut Är en informativ molekyl som lätt kan kodas Fig. 3.27 www.whfreeman.com/thelifewirebridge2/

4 Cellen Grunden för allt liv Består av mindre enheter = organeller Alla levande organismer består av celler och en cell kan endast bildas genom att en modercell delar på sig Cellernas utseende och storlek varierar med funktionen Cellernas gemensamma karaktärer: Upptar och omvandlar energi Överför den genetiska informationen i DNA till proteiner Separerar oförenliga biokemiska reaktioner m h a olika strukturer Omges av en plasmamembran Det finns två celltyper: prokaryota och eukaryota

Prokaryota organismer Finns inom rikena Eubakterier och Ärkebakterier Består av en cell som saknar kärna och inre membranombundna strukturer Cellen består av (alla har): En plasmamembran som separerar cellen från omgivningen och bestämmer vad som kommer in i cellen och vad som far ut Nukleoid(er) som innehåller DNA Cytoplasma fylld med ribosomer, de utför proteinsyntesen. I cytoplasman finns även enzymer och andra av cellens kemiska föreningar

Andra egenskaper Cellvägg, finns utanför plasmamembranen. Stöder cellen och ger den dess form Kapsel, finns utanför cellväggen. Skyddar cellen mot uttorkning och attacker av andra celler (ex. vita blodkroppar). Klorofyll, viktig för fotosyntesen Flageller, driver cellen framåt Pili, hjälper cellen att fästa till andra celler

Fig. 4.5 www.whfreeman.com/thelifewirebridge2/

Den eukaryota cellen Finns hos alla djur, växter, svampar och protister Har liksom de prokaryota cellerna en plasmamembran, cytoplasma och ribosomer Innehåller membranombunda organeller

Kärna: den största organellen omges av två membraner med små porer i (Ø 9 nm) RNA och vattenlösliga molekyler transporteras in och ut ur kärnan via dessa porer Den yttre membranen fortsätter inne i cellen i det som kallas för endoplasmatiska nätverket (ER) Inne i kärnan finns DNA, det bildar tillsammans med proteiner kromatin (kromosomer, 46 st. hos människan) Nukleoli, här sätts ribosomerna samman Nukeloplasma, en blandning av partiklar, fibrer, proteiner och andra föreningar

Fig. 4.9 www.whfreeman.com/thelifewirebridge2/

Ribosomer: Mitokondrier: Här sker proteinsyntesen Finns på tre platser i den eukaryota cellen 1) Fritt i cytoplasman 2) Fästa på ER:s yta 3) Inne i vissa organeller Består av två olika stora enheter, som består RNA och över 50 olika proteiner Mitokondrier: Här sker cellandningen, dvs. energin från födan omvandlas till sådan form att cellen kan utnyttja den Är ungefär lika stora som bakterier Har en slät yttre membran och en inre veckad membran Innanför den inre membranen (i matrix) finns ribosomer och DNA En cell kan innehålla över 100 000 st.

Plastider: Finns endast hos växtceller och vissa protister Den vanligaste är kloroplasten Kloroplaster innehåller klorofyll (gröna) I fotosyntesen omvandlas ljusenergi till kemisk bunden energi Omges av två membraner, från den inre membranen utgår tylakoider Innehåller DNA och ribosomer Kromoplasten är en annan plastid De innehåller pigment som kallas karotenoider (röda, gula och orange)

Endoplasmatiskt nätverk (ER): Utgår från den yttre kärnmembranen och finns i cytoplasman Delar av ER är täckt med ribosomer: roughER I dessa ribosomer sker proteinsyntesen av de proteiner som skall transporteras ut ur cellen, till membraner eller in till organeller Proteiner som skall stanna i cytoplasman tillverkas av fria ribosomer Andra delar saknar ribosomer: smoothER

Fig. 4.11 www.whfreeman.com/thelifewirebridge2/

Golgiapparat: Finns nära kärnan och liknar ER Modifierar proteiner som kommer från ER och för dem till rätt adress Består av tre delar: cis (närmast kärnan), trans (närmast plasmamembranen) och medial (i mitten) De tre delarna innehåller olika enzymer Avger sina proteiner i en process som kallas exocytos Motsatsen är endocytos, då cellen upptar ämnen från omgivningen

Fig. 4.12 www.whfreeman.com/thelifewirebridge2/

Lysosomer: Peroxisomer: Vakuoler: Omges av en enkel membran Innehåller matsmältningsenzymer, bryter ner föda och främmande ämnen Har ett lägre pH än omgivningen Peroxisomer: Bryter ner giftiga peroxider Vakuoler: Främst i växtceller och protister Kan uppta 90 % av cellen Fyllda med en vattenlösning som innehåller bl.a. pigment, avfallsprodukter och försvarsämnen

Cytoskelettet: Cellvägg: Finns i växter, svampar och vissa protister Finns utanför plasmamembranen Stöder cellen och begränsar cellvolymen Cellvägg: Finns mellan plasmamembranen och de inre organellerna Består av fibrer som formar och stärker cellen samt hjälper den att röra sig Består av tre komponenter: 1) Mikrofilament 2) Intermedial filament 3) Mikrotubuler

5 Membraner Består av ett mycket tunt dubbellager av fosfolipider De polära ”huvudena” pekar ut mot omgivningen och in mot cellen De opolära fettkedjorna pekar mot varandra Lipiderna utgör en effektiv barriär för många ämnen Mellan fosfolipiderna finns proteiner Proteinerna kan gå genom hela membranen eller bara finnas på insidan eller utsidan Proteinerna har många uppgifter: bildar kanaler för ämnen som inte kan passera lipiderna, mottar kemiska signaler, enzymer katalyserar reaktioner På utsidan av cellmembranen finns kolhydrater som sitter fast på lipiderna eller på proteiner Utgör igenkänningsställen

www.whfreeman.com/thelifewirebridge2/ Fig. 5.1

Cellernas kontakt med varandra Mellan djurceller finns ett extracellulärt matrix som har till uppgift att hålla ihop cellerna till vävnader Tight junction Två cellers membranproteiner binds samman Desmosomer Håller ihop celler med varandra m h a keratiner och stärker på så sätt vävnaden Gap junction Kanaler som bildas av specifika proteiner Fungerar som kommunikationsplatser Tillåter att cytoplasman i de båda cellerna kommer i kontakt med varandra, kemiska substanser och elektriska signaler kan passera mellan cellerna

Fig. 5.6 www.whfreeman.com/thelifewirebridge2/

Diffussion: Atomers och molekylers slumpmässiga rörelse strävar efter koncentrationsutjämning Sker alltid från högre till lägre koncentration Hur snabbt en substans diffunderar är beroende av 4 saker: 1) Molekylens eller jonens diameter 2) Temperaturen 3) Elektrisk laddning 4) Koncentrationsgradienten

Rörelse över membranen Substanser passerar biologiska membraner på tre olika sätt: Enkel diffussion Små, opolära molekyler kan fritt passera lipidlagret Jämvikt nås när koncentrationen av molekylerna är lika på båda sidorna Ju större löslighet i lipider ämnet har desto snabbare passerar det membranen

Passiv transport Molekyler passerar membranen genom att gå samman med bärarproteiner i membranen som för dem till andra sidan Genom jonkanaler kan joner passera Olika transportproteiner och jonkanaler tillåter endast att specifika substanser passerar Ämnen som är för stora eller för hydrofila för att fritt kunna passera lipidlagret Tillåter passage i båda riktningarna Alltid från högre till lägre koncentration Kräver ingen energi

Fig. 5.10 Fig. 5.11 www.whfreeman.com/thelifewirebridge2/

Aktiv transport Tillåter transport endast i en riktning (ofta mot koncentrationsgradienten) Kräver energi Finns två typer: primär aktiv transport och sekundär aktiv transport

Det finns två klasser av transportproteiner: 1) Uniport, endast en slags substans 2) Kopplade transportsystem Transporterar två eller flera ämnen samtidigt, beroende av varandra Symport = transport i samma riktning Antiport = transport i motsatt riktning Fig. 5.12 www.whfreeman.com/thelifewirebridge2/

Primär aktiv transport Kräver direkt inblandning av ATP, energin driver transporten av specifika joner mot koncentrationsgradienten (ex. i nervceller) Transporterar endast katjoner Fig. 5.13 www.whfreeman.com/thelifewirebridge2/

Sekundär aktiv transport Använder inte ATP direkt, utan är kopplade till skillnader i jonkoncentrationer som erhålls genom primär aktiv transport Transport av socker och aminosyror regleras av kopplade transportsystem (vissa symport, andra antiport) De transporteras mot sina koncentrationsgradienter m h a energi som ”återvinns” genom att tillåta t.ex. Na+-joner röra sig tillbaka längs sin koncentrationsgradient

Fig. 5.14 www.whfreeman.com/thelifewirebridge2/

6 Energi, enzymer och metabolism I en vanlig cell sker sker tusentals biokemiska reaktioner varje sekund Vissa bryter ner stora molekyler samtidigt som energi frigörs (kataboliska reaktioner) Andra bygger stora molekyler från små monomerer, kräver energi (anaboliska reaktioner) Metabolism = summan av all användning av energi i en cell eller organism

Fri energi som avgår som värme vid en reaktion ökar kaoset i systemet Termodynamikens första lag = energi kan varken tillverkas eller förstöras (endast omvandlas från en form till en annan) Gröna växter omvandlar ljusenergi till kemisk energi Muskler omvandlar kemisk energi till rörelseenergi (en del energi avgår som värme) Fri energi som avgår som värme vid en reaktion ökar kaoset i systemet Ett systems kaos kan mätas som entropi Termodynamikens andra lag = mängden fri energi i ett system minskar medan entropin ständigt ökar

Fig. 6.2 www.whfreeman.com/thelifewirebridge2/

Kemisk jämvikt I princip är alla reaktioner reversibla AB B A men vid en given koncentration av A och B kommer ena riktningen att favoriseras De båda rektionerna konkurrerar med varandra. Om A tillsätts påskyndas reaktionen AB medan motsatt reaktion påskyndas om man tillsätter B. Vid en viss tidpunkt sker reaktionerna i båda riktningarna av samma grad. Efter detta kan ingen förändring i systemet längre iakttas = Kemisk jämvikt Om en reaktion fortskrider över 50 % är det en spontan reaktion, frigör energi Motsatt reaktion kväver i sin tur energi

Jämviktskonstant, K K beskriver förhållandet mellan reaktanternas och produkternas koncentrationer vid jämvikt (anges i mol/l) K = produkt reaktant K är beroende av fysiska förhållanden Högt värde på K visar att reaktionen strävar framåt

Fri energi och jämvikt Exoterm reaktion = frigör energi Endoterm reaktion = kräver energi Fri energi anges som G, kan inte mätas absolut men förändringar i den fria energin i en reaktion kan mätas = G Ju större K desto större värde på G En spontan reaktion har negativ G Vid jämvikt är den fria energin minst Förändringen av den fria energin hos en reaktion kan uttryckas i förhållandet G = H - T* S H= värmeförändringen T= den absoluta temp. vid vilken reaktionen sker (i K) S = Entropiförändringen

Fig. 6.3 www.whfreeman.com/thelifewirebridge2/

Katalysatorer sänker aktiveringsenergin Aktiveringsenergi = den mängd energi som krävs för att sätta igång en reaktion Katalysatorer sänker aktiveringsenergin Enzymer (proteiner) är kroppens egna katalysatorer Mycket specifika, oftast endast en reaktion Ämnen som aktiveras kallas substrat Substratet binds till enzymet på dess aktiveringscentrum och bildar ett E-S komplex. När produkten bildats frigörs den från enzymet, vilket kan användas igen Ett enzym förbrukas inte i reaktionen E + S  ES  E + P Förändringar i den fria energin i reaktionen är oberoende om reaktionen aktiveras av en katalysator eller inte Enzymer är mycket pH- och temperaturkänsliga

Fig. 6.8 www.whfreeman.com/thelifewirebridge2/

Fig. 6.10 Fig. 6.11 www.whfreeman.com/thelifewirebridge2/

Kopplade reaktioner = en icke spontan reaktion kopplas ihop med en spontan reaktion av specifika proteiner Vissa enzymer har coenzymer eller metalljoner kopplade till det aktiva centrumet Metabolismen i cellen är ordnade i olika räckor där slutprodukten i en reaktion är utgångsmaterial i följande reaktion Varje reaktion katalyseras av ett enzym Reaktionsförloppena kan kontrolleras genom att enzymernas aktivitet styrs m h a inhibitorer

Inhibitorer inhiberar enzymkatalyserade reaktioner genom att binda till enzymet Irreversibla förstör enzymet Reversibla kan frigöras och enzymet kan användas igen Tävlande binder till det aktiva centrumet Icke tävlande binder till ett annat ställe på enzymet, modifierar det aktiva centrumet

Fig. 6.18 www.whfreeman.com/thelifewirebridge2/

Allosteriska enzymer Består av två eller flera polypeptidkedjor Aktiviteten kontrolleras av molekyler som kallas effektorer som endera kan aktivera eller inhibera enzymet Mängden aktivt enzym är beroende av substatkoncentrationen Slutprodukten i en metabolisk räcka kan fungera som inhibitor av det allosteriska enzym som katalyserar första reaktionen

Fig. 6.19 www.whfreeman.com/thelifewirebridge2/

7 Metaboliska processer i cellen Metaboliska processer sker i små steg som alla är katalyserade av specifika enzymer Glukos är det viktigaste bränslet för cellen När cellen förbränner glukos sker det i små steg så att energin kan lagras i ATP-molekyler Förbränningen av glukos är en spontan reaktion (G= –686 kcal/mol) Energin i ATP-molekylerna använder cellen sedan för att utföra olika arbete Tre metaboliska processer ingår i omvandlingen av glukos till för cellen användbar energi: Glykolysen, cellandning och fermentering (jäsning)

Glykolys påbörjar all metabolism av glukos i alla celler Som resultat av den produceras två puryvatmolekyler Glykolysen är en anerob reaktion Fig. 7.1 www.whfreeman.com/thelifewirebridge2/

Förutom ATP fungerar även NAD och FAD som energibärande molekyler i cellen Oxideringen av NADH + H+ till NAD+ och vatten är spontan och frigör 52,4 kcal/mol Fig. 7.3 www.whfreeman.com/thelifewirebridge2/

Vid tillgång på syre fortsätter glykolysen i oxidering av puryvat, citronsyracykeln och ”respiratory chain” Om syre saknas sker istället jäsning av puryvatmolekylerna med mjölksyra eller etanol som slutprodukt Fig. 7.5 www.whfreeman.com/thelifewirebridge2/

De metaboliska processerna sker på olika ställen i cellen www.whfreeman.com/thelifewirebridge2/

www.whfreeman.com/thelifewirebridge2/ Fig. 7.9

Fig. 7.12 www.whfreeman.com/thelifewirebridge2/

Fig. 7.16 www.whfreeman.com/thelifewirebridge2/