Lehninger Principles of Biochemistry Fourth Edition

1. David L. Nelson and Michael M. Cox Lehninger Principles of Biochemistry Fourth Edition Chapter 23: Hormonal Regulation and Integration of Mammalian Metabolism Hormónastýring og samþætting efnaskipta

2. Hlutverk og stýring helstu efnaskiptaferla 1) Glýkólýsa Orkugjafi við loftfirrtar aðstæður, leggur til pýrúvat til oxunar og kolefnisgrind til efnasmíðar Stýrt af fosfófrúktókínasa-1 2) Sítrónusýruhringur Fullbruni fæðuefna, leggur einnig til hráefni til efnasmíðar Stýrt af ATP, en myndunarhraða þess er stýrt af ADP (respiratory control) 3) Pentósaferli Leggur til ríbósa til kjarnsýru- og kóensímasmíðar og afoxandi efni (NADPH) Stýrt af upphafsskrefi Hormónastýring og samþætting efnaskipta

3. Hlutverk og stýring helstu efnaskiptaferla - 2 4) Nýmyndun glúkósa Viðhald blóðsykurs milli mála Stýrt af frúktósa-1,6-bisfosfatasa 5) Smíð og niðurbrot glýkógens Orkuforði sem fljótlegt er að grípa til Undir samhæfðri stýringu stigmögnunarferlis sem er sett af stað af hormónum 6) Nýsmíð og niðurbrot fitusýra Orkuforði til lengri tíma, helsta brenni vöðva sem starfa loftháð Nýsmíð stýrt af sítrati og ATP (hindra) Losun fitusýra úr fituvef einkum stýrt af hormónanæmum lípasa Hormónastýring og samþætting efnaskipta

4. Hormónastýring og samþætting efnaskipta

5. Hormónastýring og samþætting efnaskipta

6. Hormónastýring og samþætting efnaskipta

7. Efnaskiptaferli Flest efnaskiptaferli eru ógagnhverf Ferli niðurbrots og nýsmíðar eru ólík Ferlin hafa skuldbindingarskref (committed steps) sem eru ógagnhverf stýriskref Ferlunum er stýrt Ferlin eru staðsett í ólíkum frumuhlutum Efnaskiptahringir – samanburður á sítrónusýruhring og þvagefnishring Sjá efni um þvagefnishring Hormónastýring og samþætting efnaskipta

8. Hormónastýring og samþætting efnaskipta

9. Nokkur lykilefni eru á vegamótum í efnaskiptum Helst þessara efna eru glúkósa-6-fosfat, pýrúvat, asetýl-CoA og oxalóasetat Hvaðan koma þau og hvert fara þau? Hvernig tengjast þau innbyrðis? Teiknið sjálf þessi vegamót og tengið þau saman Sýnið einhverf skref Hvað gerist í frymi og hvað í mítókondríum? Þannig getið þið útbúið efnaskiptakort með helstu aðalatriðum Hormónastýring og samþætting efnaskipta

10. Tilhögun efnaskipta í helstu líffærum Hormónastýring og samþætting efnaskipta

11. Tilhögun efnaskipta í helstu líffærum 1) Lifur er fjölhæft og ósérhlífið líffæri - helstu hlutverk: Að sjá heila og vöðvum fyrir brenni milli mála og í föstu með geymslu og niðurbroti glýkógens og með nýmyndun glúkósa Smíð fitusýra sem flytjast með VLDL til geymslu í fituvef Smíð ketónefna til oxunar utan lifrar Lifur brennir amínósýrur/fitusýrur fremur en glúkósa eða ketónefni Hormónastýring og samþætting efnaskipta

12. Afdrif glúkósa-6-fosfats í lifur Hormónastýring og samþætting efnaskipta

13. Afdrif amínósýra í lifur Hormónastýring og samþætting efnaskipta

14. Afdrif fitusýra í lifur Hormónastýring og samþætting efnaskipta

15. Tilhögun efnaskipta í helstu líffærum 2) Fituvefur geymir og losar þríglýseríð Þarf glúkósa til þríglýseríðasmíðar Hormónastýring og samþætting efnaskipta

16. Tilhögun efnaskipta í helstu líffærum 3) Vöðvar nota glúkósa við snögga, loftfirrta áreynslu, fitusýrur og einnig ketónefni í hvíld og við stöðuga, loftháða áreynslu Hormónastýring og samþætting efnaskipta

17. Tilhögun efnaskipta í helstu líffærum 3) Vöðvar geyma glýkógen til eigin þarfa Hormónastýring og samþætting efnaskipta

18. Tilhögun efnaskipta í helstu líffærum 4) Heili notar nær eingöngu glúkósa, nema í langvinnri föstu, þá eru ketónefni einnig notuð, þó ekki eingöngu Hormónastýring og samþætting efnaskipta

19. Tegundir vöðvaþráða og einkenni þeirra varðandi orkuöflun og eldsneytisval I IIA IIB Enskt heiti “slow oxidative” “fast oxidative” “fast glycolytic” “slow-twitch” “fast-twitch” Litur rauður rauður ljós Orkugjafi ildisháð fosfórýlering ildisháð fosfórýlering glýkólýsa Mítókondríur margar margar fáar Háræðar margar milli fáar Mýóglóbín mikið mikið lítið lítið Glýkógeninnihald lítið milli mikið Glýkólýsuvirkni lítil milli mikil Þríglýseríðaforði mikill milli lítill Gerð IIA er fremur sjaldgæf í mönnum Gerð I er í dökkum vöðvum í fuglum og við ugga í fiskum, en gerð II er í ljósum vöðvum Gerð I er algengari í maraþonhlaupurum og púlshestum Gerð IIA er algengari í spretthlaupurum og veðhlaupahestum Hormónastýring og samþætting efnaskipta

20. Alfa-aktinín er flokkur vöðvapróteina sem binst aktíni. Alfa-Aktinín-3 er óvirkt í mörgu fólki, einkum af evrópskum uppruna, en virkt í Afríkubúum og góðum spretthlaupurum. Þeir sem vantar genið eru betri langhlauparar. Hormónastýring og samþætting efnaskipta

21. Eldsneytisval rákótts vöðva: Eftir máltíð: glúkósi Milli mála: fríar fitusýrur, amínósýrur Langvinn fasta: fríar fitusýrur, ketónefni Súrefnisþurrð: glúkósi, eigið glýkógen Hormónastýring og samþætting efnaskipta

22. Áhrif líkamsáreynslu Samanburður á eldneytisvali við spretthlaup og langhlaup er lærdómsríkur Við snögga áreynslu, spretthlaup eða kraftlyftingar gengur fyrst á fosfókreatínbirgðir, en síðan á glýkógenbirgðir Efnaskiptin eru loftfirrt, pH lækkar og laktat hækkar Hormónastýring og samþætting efnaskipta

23. Við snögga áreynslu, spretthlaup eða kraftlyftingar gengur fyrst á fosfókreatínbirgðir Hormónastýring og samþætting efnaskipta

24. Áhrif líkamsáreynslu 2 Að lokinn snöggri loftfirrtri áreynslu eykst súrefnisneysla (oxygen debt) Þetta er einkum vegna endurmyndunar fosfókreatíns í vöðvum á kostnað ATP Þess vegna eru menn móðir og másandi í nokkrar mínútur eftir stutt spretthlaup Síðan tekur við nýmyndun glúkósa frá laktati sem vöðvinn myndar loftfirrt, tekur langan tíma Hormónastýring og samþætting efnaskipta

25. Hvað gerist eftir snögga áreynslu? Cori-hringrás er virk Við snögga áreynslu, spretthlaup eða kraftlyftingar gengur fyrst á fosfókreatínbirgðir, en síðan á glýkógenbirgðir Efnaskiptin eru loftfirrt, pH lækkar og laktat hækkar Síðan tekur við nýmyndun glúkósa frá laktati sem vöðvinn myndar loftfirrt, tekur langan tíma Hormónastýring og samþætting efnaskipta

26. Áhrif líkamsáreynslu3 Við langvinna áreynslu, maraþonhlaup eða í þolæfingum er notuð blanda: glúkósi frá glýkógenbirgðum og fitusýrur Glýkógenbirgðir einar nægja ekki til að hlaupa maraþon Lágur blóðsykur veldur hækkun hlutfalls glúkagon/insúlíns, fitusýrur oxast Í lok maraþonhlaups eru glýkógenbirgðir næstum þrotnar Hormónastýring og samþætting efnaskipta

27. Flutningshlutverk blóðs Blóð flytur súrefni frá lungum til vefja, koldíoxíð frá vefjum til lungna, næringarefni frá görn til vefja, næringarefni milli vefja, úrgangsefni frá vefjum til nýrna, lungna og svitakirtla hormón frá innkirtli til marklíffæris Hormónastýring og samþætting efnaskipta

28. Samsetning blóðs Frumur: Rauðar frumur (erythrocytes) flytja súrefni Hvítar frumur (leukocytes) hluti af varnarkerfi líkamans Blóðflögur (platelets, thrombocytes) taka m. a. þátt í blóðsegamyndun (coagulation) Plasma: vökvi sem inniheldur ekki frumur sölt og snefilefni næringarefni/úrgangsefni prótein Hormónastýring og samþætting efnaskipta

29. Stýring blóðsykurs Mólmassi glúkósa er 180 90 mg/100 ml = 5 mM Ef blóðsykur fer fer niður fyrir 40 mg/100 ml (2,2 mM) er hætta á ferðum Hormónastýring og samþætting efnaskipta

30. Hormónastýring efnaskiptaferla Insúlín er mettunartákn, örvar smíð glýkógens, fitu og próteina 2) Glúkagon er hungurtákn, örvar losun glúkósa úr lifur 3) Katekólamín (adrenalín og noradrenalín) eru streitutákn örva losun glýkógens úr vöðvum og losun fitusýra úr fituvef hindra upptöku glúkósa í vöðva sem notar fitusýrur sem losna úr fituvef Hormónastýring og samþætting efnaskipta

31. Hormónastýring efnaskiptaferla 2 Þessi hormón (peptíð, prótein, katekólamín) komast ekki inn í frumur Þau tengjast viðtökum á himnu á markfrumum og virka með innri boðefnum sem oft setja af stað stigmögnunarferli inni í frumum Stera- og skjaldkirtilshormón komast inn í frumur, tengjast viðtökum inni í frumum og hafa áhrif á genatjáningu Hormónastýring og samþætting efnaskipta

32. Sérhæfing, verkaskipting og samspil líffæra leysa ýmis efnaskiptavandamál sem verða til vegna áreynslu, langvinnrar föstu eða í sykursýki Hormónastýring og samþætting efnaskipta

33. Hvað gerist hvænær? Hvað gerist strax eftir máltíð? Hvað gerist milli mála og eftir næturlanga föstu? Hvað gerist í langvinnri föstu, í streitu og við mikla líkamsáverka? Hormónastýring og samþætting efnaskipta

34. Hvað gerist strax eftir máltíð? Lifrin smíðar fitu Losun insúlíns örvast, losun glúkagons minnkar Smíð glýkógens eykst. smíð fitu eykst Hormónastýring og samþætting efnaskipta

35. Hvað gerist milli mála og eftir næturlanga föstu? Lifrin smíðar glúkósa Seyting glúkagons eykst, seyting insúlíns minnkar. Glýkógen og nýmyndun glúkósa halda uppi blóðsykri. Um 50% glúkósa fer til heila, um 20% til vöðva og um 20% til rauðra blóðfrumna Vöðvi og fituvefur eru insúlínháðir, heili og rauðar blóðfrumur ekki Hormónastýring og samþætting efnaskipta

36. Hvað gerist eftir næturlanga föstu? Cori-hringrás og glúkósa-alanín hringrásir eru virkar Hormónastýring og samþætting efnaskipta

37. Hvað gerist í langvinnri föstu, ístreitu og við mikla líkamsáverka? Glúkósi er losaður úr öllum hugsanlegum birgðum. Laktat, amínósýrur og glýseról eru notuð til nýmyndunar glúkósa Fitusýrur og ketónefni eru notuð sem orkugjafar. Við mikla líkamsáverka eyskt niðurbrot vöðvapróteina. Amínósýrurnar eru notar til að gera við skemmda vefi, en einnig til nýmyndunar glúkósa. Hormónastýring og samþætting efnaskipta

38. Sérhæfing, verkaskipting og samspil líffæra Hormónastýring og samþætting efnaskipta

39. Insúlín er mettunartákn, örvar smíð glýkógens, fitu og próteina Hormónastýring og samþætting efnaskipta

40. Glúkagon er hungurtákn, örvar losun glúkósa úr lifur Hormónastýring og samþætting efnaskipta

41. Katekólamín (adrenalín og noradrenalín) eru streitutákn örva losun glýkógens úr vöðvum og losun fitusýra úr fituvef hindra upptöku glúkósa í vöðva sem notar fitusýrur sem losna úr fituvef Hormónastýring og samþætting efnaskipta

42. Aðlögun efnaskiptaferla í langvarandi föstu er að sumu leyti sambærileg við efnaskiptaraskanir í sykursýki Forgangsatriði í langvarandi föstu Heila og rauðum blóðfrumum er séð fyrir nægilegum glúkósa 2) Reynt er að varðveita prótein Hormónastýring og samþætting efnaskipta

43. Hormónastýring og samþætting efnaskipta

44. Atburðarás í langvarandi föstu 1) Fyrsta sólarhring tæmast glýkógenbirgðir, blóðsykur lækkar, nýmyndun glúkósa í lifur örvast og losun þríglýseríða úr fituvef Lifur og vöðvar brenna fitusýrur Vöðvaprótein brotna niður, með því móti fæst glúkósi úr glúkógenískum amínósýrum Hormónastýring og samþætting efnaskipta

45. Atburðarás í langvarandi föstu 2) Eftir þriggja sólarhringa föstu fer lifur að mynda ketóna og heili og hjarta að brenna þá Það fer að draga úr niðurbroti vöðvapróteina Hormónastýring og samþætting efnaskipta

46. Atburðarás í langvarandi föstu 3)Eftir nokkurra vikna föstu eru ketónefni mikilvægur orkugjafi heila Glúkósaþörf heila er minni og niðurbrot próteina minna Rúmur helmingur af orkuþörf heila kemur frá ketónefnum Þörf er á oxalóasetati til að ketónefni geti brunnið Þríglýseríðabirgðir ráða mestu um úthald í föstu Hormónastýring og samþætting efnaskipta

47. Hvað gerist í langvinnri föstu? Fyrsta sólarhring tæmast glýkógenbirgðir, blóðsykur lækkar, nýmyndun glúkósa í lifur örvast og losun þríglýseríða úr fituvef Lifur og vöðvar brenna fitusýrur Vöðvaprótein brotna niður, þannig fæst glúkósi úr glúkógenískum amínósýrum Eftir þriggja sólarhringa föstu fer lifur að mynda ketóna og heili og hjarta að brenna þá Það fer að draga úr niðurbroti vöðvapróteina Eftir nokkurra vikna föstu eru ketónefni mikilvægur orkugjafi heila Glúkósaþörf heila er minni og niðurbrot próteina minna Rúmur helmingur af orkuþörf heila kemur frá ketónefnum Þörf er á oxalóasetati til að ketónefni geti brunnið Þríglýseríðabirgðir ráða mestu um úthald í föstu Hormónastýring og samþætting efnaskipta

48. Eftir þriggja sólarhringa föstu fer lifur að mynda ketóna og heili og hjarta að brenna þá Hormónastýring og samþætting efnaskipta

49. Asetóasetat getur tapað CO2 og myndað asetón Asetón nýtist ekki, en skilst út í þvagi og útöndunarlofti sem lyktar af asetóni Þetta gerist í langvinnri föstu og ómeðhöndlaðri sykursýki Hormónastýring og samþætting efnaskipta

50. Efnaskiptaraskanir í ómeðhöndlaðri sykursýki stafa af hlutfallslegum skorti insúlíns og ofgnótt glúkagons Þær eru sambærilegar við efnaskiptaástand í langvarandi föstu Hormónastýring og samþætting efnaskipta