PBL Fall 1: Kolhydrater och fettmetabolismen

Fallbeskrivning

Flicka blev medvetslös och hade låg blodsocker samt krampade. Hon var blek, hade nedsatt cirkulation och  snabb andning. Gavs karnitin, kostråd och kramplösande. Strikt kostschema var viktigt och inte sova för länge.

Studiemål

• Energimolekyler
  • ATP
  • GTP
  • NAD
  • FAD
  • Hur lagras och utvinns energi
• Kolhydratmetabolism (Var, Hur, Reglering)
  • Glykolys
  • Glukuneogenes
  • Glykogenes
  • Glykogenolys
• Lipidmetabolismen
  • Fettsyraförbränning
    • Beta-oxidation
      • Karnitin
    • Omega-oxidation
      • Peroxisomer
  • Fettsyrasyntes (lipogenes)
• Relation mellan glukos och fett
• Fruktos
• Hjärnan

Sammanfattning

Energimolekyler

ATP

ATP (Adenosin Tri Phosphate) är alltså en energimolekyl med tre fosfatgrupper. Denna kan, när energi används ta bort en fosfatgrupp åt gången för att driva processer. Då bildas ADP (di, två) eller AMP (mono, en). ATP återbildas från ADP och AMP genom våra energi-omvandlingar (glykolysen)  och främst i elektrontransportkedjan.  Det finns hela tiden en given mängd ATP (ca 250 g), alltså måste detta hela tiden ombildas. Motsvarande lite mer än din kroppsvikt varje dag. Det finns enzymer som tar två AMP och bildar en ADP.

GTP

Liknande funktion som ATP och ger energi till att driva processer. Kan på samma sätt avge en fosfatgrupp för att ge energi och bildar då GDP. Används t.ex. vid olika proteinsignaleringar och transkription och kan dessutom i citronsyracykel (där det utvinns en GTP) omvandlas till ATP för annan användning. Är en Purin (som G, Guanin och A, Adenin) och nukleotid (Kväve+socker+fofsfat).

NAD

Fungerar som vätebärare i t.ex. Citronsyrecykeln och Glykolysen. NAD+ ombildas till NADH. Kan fungera både som givare och mottagare av väte. 

NADPH

NADPH Skiljer sig från NAD med att den har ytterligare en Fosfat (P) grupp. NADPH is also used for anabolic pathways, such as lipid synthesis, cholesterol synthesis, and fatty acid chain elongation.

FAD

Fungerar som NAD, som vätebärare i t.ex. Citronsyrecykeln och Beta-oxidationen. FAD kan dock, till skillnad från NAD plocka upp två väteatomer och bildar då FADH2 . Detta kan vara ett tips om man ska se om det är NAD eller FAD som används i en process, se hur många väte som försvinner. Kan även denna fungera som både givare och mottagare.

Hur lagras och utvinns energi

Energi kan komma lagrad i många olika former. Vi har t.ex. våra tre olika nedbrytningsvägar i kroppen (fett, kolhydrater och protein). När dessa kedjor körs (mer i detalj på vardera sen), så utvinns NAD, FAD, ATP och GTP. NAD och FAD går sedan in i elektrontransportkedjan i Mitokondrien där den största mängden av ATP utvinns. 

Lagring av energi sker istället i from av Glykogen i lever eller lokalt i muskelceller. Detta lagret är dock bara ett temporärt lager för de närmsta dygnet (ca 18h), därefter går vi övre till våra fettdepåer som sparar betydligt mer energi. En anledning kan vara att socker binder mer vatten och tar upp större volym med lägre energitäthet som resultat.

Energinedbrytning-vägar

 Glykogen

Är en typ av energilagring som används i kroppen för att snabbt kunna utsöndra energi till cellerna. Den har många grenar, vilket gör att proteinerna för nerbrytning lätt kan jobba på många ställen samtidigt. I kroppen finns ca 100 g i levern och 400 g i musklerna. På grund av extra fosfatgrupp kan musklerna Glykogen inte lämna cellerna. Ungefär var 10-15 glykosbindning är av typen som bildar förgrening (alfa-1,6).

Fettsyrasyntesen (Lipogenes)

Genom att ha överskott av ATP kan kroppen istället för att använda energi, börja lagra det som fett.  Detta sker genom att Acetyl-CoA går ihop med oxaloacetet och bildar citrat. Det är alltså en acylgrupp och inte Acetyl-CoA som ämnar mitokondrien och byggs ihop till en fettkedja av 16C lång (Palmitinsyra). Därefter stannar det upp och lagras. Mer om detta under lipidmetabolismen.

Kolhydratmetabolismen

När vi äter kolhydrater kommer detta med hjälp av enzymet Amylas i saliv och mage att brytas ner från poly, till di och sedan till mono-sackarider. Detta är då glukos som kommer att tas om hand i vår kropp för att bilda energi, värme eller lagras. 

Övergripande har vi 4 olika system för hur kolhydrater hanteras.

Glykolysen

I denna process omvandlas glukos till Pyrovat eller Laktat (om det är syrebrist) för att sedan gå till citronsyrecykeln och bilda energi.

När vi fått i oss glukos leds detta via blodet in i cellerna genom membranprotein som kallas Glukos Transporter Proteiner. GLUT och SLC2A är familjerna av proteiner som sköter detta i de flesta djurceller. Det finns flera olika sådana och de är olika känsliga. Därför kan vissa celler ta upp mer än andra.

Från glykolysen kommer även flera viktiga intermediärer till molekyler som behövs övrigt i cellen. Som t.ex. Lipider, Serine, Alanin, Nukleotider.

Reglerande steg är sådana där det krävs en molekyl in för att det ska drivas vidare (t.ex. ADP -> ATP, NAD+ -> NADH). Avsaknad av denna (liten mängd) gör att processen stannar av och stor mängd ökar sannolikheten att processen drivs vidare. Vissa steg är även Irreversibla detta innebär att där inte är en naturlig jämnvikt fram och tillbaka och när molekyler ändrat form så kommer den inte spontant att gå tillbaka utan måste i så fall ta en annan väg.

-	Glukost-6-fosfat
-	ATP
-	Acetyl-CoA
-	Alanin
+	Fruktos-6-fosfat
+	AMP

 

Glykogenesen

Bildandet av glykogen utifrån glukos, för att lagra som snabb energi i lever och muskler. Processen aktiveras av Insulin, som utsöndras när mängden glukos i blodet ökar. Detta för att cellerna ska börja ta hand om den ökade mängden och hämma förbränning av fett. 

Lagras i cytoplasman hos celler, främst i muskel och lever.

-	Glykogen
-	Glukagon
+	Insulin

 

 

 

Glykogenolys

Är processen att bryta ner den glykogen som finns lagrad i levern och som byggts upp med hjälp av Glykogenesen. Denna används och bryts ner när glukosnivåerna i blodet är låga.

Eftersom Glykogen är sparad som flergrenade trådar, träd, så kommer enzymer som bryter ner detta att kunna jobba på flera ställen samtidigt och snabbt kunna ta till sig av energin.

 

-	Glukos-6-fosfat
-	ATP
+	Adrenalin
+	Glukagon

 

Glukoneogenes

Denna process finns i levern och bryter då ner de produkter som annars är svåra att brytas ner och omvandlar till energi för att transporteras ut till blodet. Där räknas bland annat:

• Laktat
• Glycerol
• Alanin

 

Lipidmetabolismen (lipolys)

Från maten kommer fetter som fångas upp i tarmen och går via lymfsystemet till blodet. Väl där kan triglycerider fångas upp av celler och brytas ner för att nyttjas som energi. Från en triglycerid får man 1 glycerol och 3 fettsyror (kan vara av varierande längd och mättnad).

Fett bryts ner i tarmen till glycerol och triglycerider och tas upp av endotelcellerna och byggs ihop igen och binds till kolesterol. Dessa fraktas sedan via lymfsystemet till hjärtat där det släpps ut i blodet. För att cellerna sedan ska kunna ta upp fetterna måste de åter igen bryta ner det till glycerol och fria fettsyror, vilket sker av membranbundna proteiner och sedan transporteras in via FAT (Fatty Acid Transporter Protein).

 

https://en.wikipedia.org/wiki/Triglyceride

 

 

β-Oxidation (beta)

Sker främst i mitokondiren fast kan även ske i peroxisomerna. För att fettsyrorna ska kunna komma in i mitokondiren så måste de få hjälp av karnitin, eftersom de normalt är för långa. Det är bara kortare fettkedjor som klara av att komma in på egen hand. CTP1 (utanför mitokondrien) och CTP2 (innanför innermembranet av mitokondiren) är de protein som utför detta. CTP står för Carnitine Transport Protein.

Karnitin kan intas genom föda och strikta vegeterianer behåller även de en bra nivå av karnitin, vilket tyder på att kroppen kan hålla en god balans även utan kött.

1. Aktivera fettsyran
2. Transportera in den till mitokondri
3. Beta-Oxidera den

 

 

 

 

 

-	Malonyl-CoA
-	NADH
+	NAD

Nedbrytning av fetter som är very long fatty acids görs i peroxisomerna om de inte kan komma in i mitokondiren.

 

 

ω-Oxidation (omega)

Denna sker helt i ER (Endoplasmatisk Retikel) och istället för att arbeta på beta-kolatomen så kommer omega-oxidationen att jobba på omega-kolet, alltså det sista. Denna oxidation krävs för att bryta ner väldigt långa fettkedjor, som normalt inte kan brytas ner i beta-oxidationen. Den behövs även om man har problem med beta-oxidation. Dock står omega-oxidationen för en väldigt lite del av fettförbränning.

Beta och Alpha-oxidation kan bryta ner i princip alla fettsyror. Även de som är böjda och enkel eller fleromättade. Däremot får de problem om de är metylerade (eller har annan funktionell grupp) på något sätt, då behövs omega-oxidation.

 

Lipogenes (Fettsyrasyntes)

Vid överflöde av energi måste kroppen använda detta för att lagra och kan då göra det genom att bilda fett som sparas i vävnader. Fett är bra då det, till skillnad från glukos inte binder så mycket vatten och är därför plats och vikt effektivt.

Acetyl-CoA kan inte ta sig ut från mitokondirens innermembran, utan för att ta sig ut och bilda fett måste det för omvandlas till citrat.

 

Fruktos

Fruktos finns, missvisande från namnet, i relativ små mängder i frukt och istället höga doser i läsk och godis (HFS - Hight fructose syrup). Levern är det organ som bryter ner fruktos och därför samlas allt där. Då bildas glukos och eftersom kroppen antagligen redan har mycket glukos i blodet (då man ätit godis och läsk) så kommer detta direkt att ombildas till fett för att spara energin. Detta åker sedan ut i blodet och riskerar skapa problem, eftersom fettet inte tas omhand förrän sockernivån är lägre igen.

 

Hjärnan

Hjärnan är beroende av glukos som energi, och kräver till skillnad från övriga kroppen inget insulin för att det ska fungera. I normala fall finns glukos att tillgå antingen via födointag eller omvandling av glykogen. Vid total brist på glukos som vid svält kan hjärnan dock anpassa sig till att använda ketonkroppar som är produkter av nedbrytningen av karboxylsyrorna som fettsyrorna består av. Ketonkropparna omvandlas via enzymet succinyl-CoA-transferas till Acetyl-CoA som sedan kan oxideras i citronsyracykeln. Detta händer vid strikt LCHF och därför man luktar aceton.