stofskiftet (original) (raw)

Stofskiftet er summen af alle kemiske reaktioner, der finder sted i hver enkelt celle i en organisme, hvor formålet er at skaffe energi til livsnødvendige processer og at producere nyt organisk materiale. Stofskiftet inkluderer regulering af, hvilke gener der udtrykkes i en celle, hvordan et stof skal dannes eller nedbrydes, og mekanismerne for hvordan dette reguleres samt hvordan kroppen kan optage, lagre og mobilisere energi.

Faktaboks

Også kendt som

metabolisme

Stofskifteprocesser

Stofskiftet opdeles i to processer:

anabolisme, hvor der bruges energi til at opbygge nye sammensatte molekyler fra enklere stoffer
katabolisme, hvor energi gøres tilgængelig i forbindelse med nedbrydningen af store organiske molekyler til enklere substanser

De kemiske reaktioner i cellerne formidles af enzymer, der katalyserer processerne. Ved at regulere enzymmængden eller -aktiviteten kan organismen ændre stofskiftet efter behov mellem at være hovedsageligt anabolt eller katabolt.

Optagelse af næringsstoffer

Dyr skal skaffe sig næringsstoffer ved at indtage organiske forbindelser, der er blevet dannet af planter, eller indtage andre dyr, der har fortæret planter eller andre dyr. Dette er udgangspunktet for produktionen af energi og for at producere nye organiske forbindelser.

Den første fase af frigørelsen af kemisk energi fra mad sker hovedsageligt i mave-tarm-kanalen, hvor store molekyler i maden nedbrydes til mindre molekyler. Proteiner nedbrydes til omkring 20 forskellige aminosyrer, som de er opbygget af. Komplekse kulhydrater nedbrydes til enkle sukkermolekyler. Fedt nedbrydes til fedtsyrer og glycerol. Disse enklere bestanddele optages af tarmcellerne.

Aminosyrerne og sukkermolekylerne er vandopløselige og frigives til en del af blodbanen, der dræneres via leverens portåresystem. Leveren regulerer koncentrationen af glukose (druesukker) og aminosyrer i blodet. Ved overskud af glukose tilført gennem portåren dannes der glykogen eller fedt, som lagres i leveren. Mellem måltider kan leveren bruge af dette lager for at sikre en jævn tilførsel af glukose til blodet.

Fedtstofferne er ikke vandopløselige og må derfor binde sig til lipoproteiner i tarmcellerne. Fedtstofferne udskilles fra tarmcellerne som kylomikroner ud i lymfesystemet. Fedt bundet til kylomikroner kan optages af celler, der har enzymet lipoprotein-lipase (LPL).

Katabole processer

I alle organismer bruges molekylet adenosintrifosfat (ATP) som bærer af energi. ATP kan reduceres ved at fosfatgrupper spaltes af, først til adenosindifosfat (ADP) og så til adenosinmonofosfat (AMP). Samtidig frigives energi, der kan bruges i syntesen af nye organiske forbindelser, til muskelarbejde eller til produktion af varme.

Forbrænding

Dyr optager ilt gennem vejrtrækning og nedbryder næringsstofferne ved at oxidere de organiske forbindelsers kulstofatomer til kuldioxid (CO2) og brintatomerne til vand (H2O). Ved oxidation frigives den kemiske energi, der holder atomerne sammen i molekylet, og cellerne udnytter denne energi til egne livsfunktioner og til opbygning af egne organiske stoffer.

Oxidationen er en forbrændingsproces, og energien frigives via en lang række mellemtrin og bindes op i dannelsen af ATP fra AMP eller ADP. ATP-reserven i cellerne er omkring 40 gram. Forbruget er cirka 100 kilo per døgn, således at hvert ATP-molekyle skal opbygges og nedbrydes 2000–3000 gange i døgnet.

Forbrændingen styres ved hjælp af enzymer, der dannes af cellen, og virker som katalysatorer, der fremskynder specifikke kemiske reaktioner. Også cellernes produktion af egne byggematerialer er styret af enzymer. Aktiviteten og mængden af enzymer, der bestemmer hastigheden på processer, der har med nedbrydning eller syntese af stoffer i cellerne at gøre, er ofte styret af hormoner som insulin, væksthormoner og skjoldbruskkirtelhormoner.

Katabole reaktionsveje

I cellerne nedbrydes glukose til en aktiveret form for eddikesyre kaldet acetylcoenzym A. Dette sker i glykolysen. Fedtsyrer omdannes til acetylcoenzym A ved hjælp af beta-oxidation. Aminosyrer, der ikke bruges i produktionen af nye proteiner, omdannes til acetylcoenzym A eller ketonlegemer ved at nitrogenatomer fjernes og udskilles i form af urea.

Acetylcoenzym A kan forbrændes fuldstændigt til kuldioxid og vand under forbrug af ilt (aerob forbrænding).

Citronsyrecyklus

Citronsyrecyklus er endepunktet i forbrændingen af kulhydrater, fedtstoffer og proteiner. Både glukose, fedtsyrer og mange aminosyrer kan nedbrydes til acetylcoenzym A eller andre substanser, der indgår i cyklussen. Processen finder sted i cellernes mitokondrier og er den vigtigste mekanisme, organismen bruger for at skaffe sig energi fra næringsstoffer. Cyklussen starter ved, at eddikesyredelen af acetylcoenzym A bindes til oxaloacetat, og sammen danner de citronsyre. Coenzym A bruges på ny i andre stofskifteprocesser.

Citronsyre omdannes i en serie af reaktioner til oxaloacetat igen. I processen dannes der to molekyler kuldioxid, som vi skiller os af med gennem vejrtrækningen. Brintatomerne, der spaltes fra citronsyren, oxideres i respirationskæden i mitokondrierne, således at ADP fosforyleres til den mere energirige forbindelse ATP samtidig med, at der dannes vand. Denne proces kaldes oxidativ fosforylering. Oxaloacetat, der er gendannet fra citronsyren, kan på ny danne citronsyre sammen med acetylcoenzym A.

Hvis tilførslen af ilt er ufuldstændig, kan cellerne kun udnytte glykolysen, som ikke kræver ilt og er anaerob. I stedet for kuldioxid og vand dannes der laktat, som man kan mærke ved intensivt muskelarbejde.

Fedtsyrer og aminosyrer kan bruges til at danne ketonlegemer, som er en vigtig energikilde ved sult og faste, hvor kroppen må forbrænde egne fedt- og proteinreserver.

Anabole processer

Anabole processer starter med mellemprodukter fra stofskiftet og ender i produktion af proteiner, kulhydrater, fedtstoffer og andre store molekyler, der tilsammen udgør cellerne og vævet, som organismen er opbygget af. Selvom visse kemiske substanser findes igen i både anabole og katabole reaktioner, kan anabolisme ikke opnås ved blot at reversere katabole reaktionsveje.

For eksempel er glukose en vigtig energikilde, men kan også bruges i mange andre stofskifteprocesser som produktion af glykogen, fedtsyrer, kolesterol og femringet sukker (ribose), der bruges til at lave nukleinsyrer og dele af visse aminosyrer.

Måling af stofskiftet

Næsten al den energi, der udvindes ved, at næringsstofferne nedbrydes, bliver før eller senere til varme i kroppen. Da kropstemperaturen holdes konstant, skal der altid afgives lige så meget varme, som der dannes. Energiproduktionen kan derfor bestemmes ved, at man måler den afgivne varme ved hjælp af en ret besværlig procedure. Proteinomsætningen kan bestemmes ud fra urinens indhold af urinstof, mens man ved at bestemme iltoptagelsen og kuldioxidudskillelsen inden for en tidsperiode får et mål for, hvor meget ilt der forbruges, og hvor meget kuldioxid der produceres ved forbrændingen.

Basal- eller hvilemetabolismen måles ved, at man beregner iltoptagelsen over en periode. Dette er normalt afhængigt af individets overfladeareal og er aftagende med alderen. Ved samme vægt og alder er det noget lavere hos kvinder end hos mænd. Dette har tidligere været anvendt til at vurdere funktionsforstyrrelser i skjoldbruskkirtlen.