PBL Fall 1: Kolhydrater och fettmetabolismen
Metabola störningar, energiproduktion och fatty acid oxidation defects
Cellbiologi🎯 Läringsmål
Energimolekyler
ATP, GTP, NAD, FAD, NADPH och deras roller i cellulär metabolism
Glykolys
Glukosmetabolism, reglering och kopplingen till energiproduktion
Beta-oxidation
Fettförbränning, karnitincykel och mitokondriell energiproduktion
Energilagring
Glykogen vs. fett, glykogenes och glykogenolys
Glukoneogenes
Glukosproduktion från icke-kolhydratkällor
Metabola störningar
Fatty acid oxidation defects och kliniska konsekvenser
💡 Studietips
Läs både PBL-materialet och tentamenssammanfattningarna för bästa förståelse. PBL-fallen ger djupare kontext medan sammanfattningarna fokuserar på tentamensrelevant material.
📚 Om detta PBL-fall
Detta fall introducerar cellulär energiproduktion genom en dramatisk metabolisk kris hos ett barn. Du kommer att utforska glykolys, beta-oxidation, energimolekyler och förstå hur metabola störningar påverkar kroppens energibalans.
🎯 Varför detta är viktigt
Metabolism är grunden för allt liv. Förståelse för energiproduktion och metabola defekter är avgörande för att förstå sjukdom, nutrition och fysiologi.
👤 Fallbeskrivning: Emmas metaboliska kris
Akut situation
Emma, 3 år, kommer akut till sjukhuset efter att:
- 🔸 Plötsligt kollaps - Blev medvetslös hemma
- 🔸 Svår hypoglykemi - Blodsocker 1.8 mmol/L (normalt 4-6)
- 🔸 Kramper - Generaliserade krampanfall
- 🔸 Respiratoriska symtom - Djup, snabb andning (Kussmauls andning)
- 🔸 Cirkulatorisk påverkan - Blek, kall, svag puls
⏰ Händelseförlopp
Kritiska värden
- Blodglukos: 1.8 mmol/L
- Ketoner: Kraftigt förhöjda (4.2 mmol/L)
- pH: 7.28 (metabol acidos)
- Laktat: Måttligt förhöjt
Metaboliska markörer
- Fria fettsyror: Extremt höga
- Acylkarnitiner: Patologisk profil
- Organiska syror: Avvikande mönster
- Ammoniak: Lätt förhöjt
🤔 Differentialdiagnoser
Metabola störningar:
- MCAD-deficiency - Medium-chain acyl-CoA dehydrogenase
- VLCAD-deficiency - Very long-chain acyl-CoA dehydrogenase
- CPT1/CPT2-deficiency - Carnitine palmitoyltransferase
- Glykogenos - Glykogenlagringssjukdom
Andra orsaker:
- Diabetes mellitus typ 1
- Intoxikation eller förgiftning
- Sepsis eller infektion
- Hypoadrenalism
⚡ Energimolekyler i cellen
🔋 Primära energibärare
ATP (Adenosintrifosfat)
Funktion: Cellens primära energivaluta
Struktur: Adenin + Ribos + 3 fosfatgrupper
Energigivande: ATP → ADP + Pi (30.5 kJ/mol)
Viktiga fakta:
- Totalt i kroppen: ~250 g ATP
- Omsättning: Din kroppsvikt per dag
- Energilagring: Endast sekunder till minuter
- Återbildning: Via elektrontransportkedjan
GTP (Guanosintrifosfat)
Funktion: Energi för proteinsignalering och transkription
Bildning: I citronsyracykeln (succinyl-CoA → succinat)
Användning: G-proteiner, translationsfaktorer
Utbyte: GTP + ADP ⇌ ATP + GDP
NAD+ / NADH
Funktion: Elektronbärare i oxidativ metabolism
Oxiderat tillstånd: NAD+ (elektronacceptor)
Reducerat tillstånd: NADH (elektrondonator)
Roller:
- Glykolys (producerar NADH)
- Citronsyracykel (producerar NADH)
- Elektrontransportkedja (oxiderar NADH)
FAD / FADH₂
Funktion: Elektronbärare, speciellt i beta-oxidation
Unik egenskap: Kan ta upp 2 elektroner + 2 protoner
Skillnad från NAD: Lägre energiinnehåll (1.5 ATP vs 2.5 ATP)
Viktiga processer:
- Beta-oxidation av fettsyror
- Citronsyracykel (succinat → fumarat)
- Aminosyrametabolism
🍃 Kolhydratmetabolism
Fyra huvudsakliga glukosvägar
🔥 Glykolys
Funktion: Bryter ner glukos till pyruvat/laktat
Lokalisering: Cytoplasman i alla celler
Energiutbyte: Netto +2 ATP + 2 NADH per glukos
Nyckelsteg:
- Hexokinas: Glukos → Glukos-6-fosfat
- Fosfofruktokinas: F6P → F1,6BP (reglerande)
- Pyruvatkinas: PEP → Pyruvat (reglerande)
🏪 Glykogenes
Funktion: Syntes av glykogen från glukos
Lokalisering: Främst lever (100g) och skelettmuskel (400g)
Reglering: Aktiveras av insulin efter måltid
Glykogenstruktur:
- Förgreningar: Varje ~10-12 glukosenheter (α-1,6)
- Linjer: α-1,4 glykosidiska bindningar
- Fördel: Många ändpunkter för snabb nedbrytning
📤 Glykogenolys
Funktion: Nedbrytning av glykogen till glukos
Aktivering: Glukagon (lever), adrenalin (muskel)
Hastighet: Snabb energimobilisering inom sekunder
Hormonell reglering:
- Glukagon: Aktiverar i lever vid hypoglykemi
- Adrenalin: Aktiverar i muskel vid stress
- Insulin: Inhiberar processen
🔄 Glukoneogenes
Funktion: Syntes av glukos från icke-kolhydratkällor
Lokalisering: Främst lever, även njurar och tarm
Situationer: Fasta, fysisk ansträngning, hypoglykemi
Substrat:
- Laktat: Från anaerob glykolys (Cori-cykel)
- Glycerol: Från triglyceridnedbrytning
- Aminosyror: Alanin från muskelnedbrytning
- Propionat: Från udda fettsyror
🔥 Lipidmetabolism och beta-oxidation
🚪 Karnitintransportsystemet
För att långkedjiga fettsyror (>12 kol) ska kunna komma in i mitokondrien krävs karnitintransportsystemet:
Steg 1: Yttre membranet
CPT1 (Carnitine Palmitoyltransferase I):
- Acyl-CoA + Karnitin → Acyl-karnitin + CoA
- Reglerande enzym - inhiberas av malonyl-CoA
- Hastighetsbegränsande steg för beta-oxidation
Steg 2: Transportör
Karnitin/acylkarnitin-transportör:
- Transporterar acyl-karnitin in i matrix
- Transporterar karnitin ut för återanvändning
Steg 3: Inre membranet
CPT2 (Carnitine Palmitoyltransferase II):
- Acyl-karnitin + CoA → Acyl-CoA + Karnitin
- Frigör acyl-CoA i mitokondriell matrix
🔄 Beta-oxidationscykeln
Varje cykel klipper av en acetyl-CoA (2-kol enhet) från fettsyrans slutkol:
Steg 1: Oxidation
Acyl-CoA dehydrogenas: Acyl-CoA → trans-Δ²-enoyl-CoA
Elektronacceptor: FAD → FADH₂
Steg 2: Hydrering
Enoyl-CoA hydrylas: Tillsättning av H₂O
Produkt: L-3-hydroxyacyl-CoA
Steg 3: Oxidation
3-hydroxyacyl-CoA dehydrogenas: NAD+ → NADH + H+
Produkt: 3-ketoacyl-CoA
Steg 4: Tiolys
Thiolas: Klyvning med CoA
Produkter: Acetyl-CoA + Acyl-CoA (2 kol kortare)
⚠️ Metabola störningar
Fatty Acid Oxidation Defects (FAOD)
Grupp av genetiska störningar som påverkar fettförbränning, särskilt farliga under fasta eller stress.
MCAD-deficiency
Enzym: Medium-Chain Acyl-CoA Dehydrogenase
Prevalens: 1:10,000-15,000 (vanligaste FAOD)
Påverkan: 6-12 kol fettsyror kan ej oxideras
Kliniska drag:
- Hypoketotisk hypoglykemi - Lågt blodsocker utan ketoner
- Hepatomegali - Förstorad lever
- Kardiomyopati - Hjärtmuskelskada
- Plötslig spädbarnsdöd - Risk vid obehandlad MCAD
VLCAD-deficiency
Enzym: Very Long-Chain Acyl-CoA Dehydrogenase
Påverkan: 14-20 kol fettsyror
Tre kliniska former:
- Tidig svår: Kardiomyopati, lever, hypoglykemi
- Infantil hepatisk: Leversvikt, hyperammonemi
- Myopatisk: Muskelsvaghet, rabdomyolys
⚠️ Emmas fall - Klinisk bedömning
Mest sannolika diagnosen: MCAD-deficiency
Stödjande bevis:
- Hypoketotisk hypoglykemi - Klassiskt för MCAD
- Lång fastperiod - Trigger för metabolisk dekompensation
- Ålder: Debut 1-5 år typiskt för MCAD
- Akut försämring - Efter nattfasta utan mellanmål
Patofysiologi:
Under fasta kan medellånga fettsyror ej oxideras → Glukoneogenes från fett fungerar ej → Hypoglykemi → Ketogenesen försämrad → Hypoketotisk hypoglykemi
🎥 Studievideos: Metabolism och energiproduktion
Video 1: Glykolys och energiproduktion
Grundläggande genomgång av glykolys och ATP-produktion.
Video 2: Beta-oxidation och fettförbränning
Detaljerad genomgång av beta-oxidation och karnitincykel.
Video 3: Omega-oxidation
Alternativ fettsyranedbrytning i peroxisomer och ER.
Video 4: Ketonkroppar och hjärnmetabolism
Alternativ energikälla för hjärnan under fasta och LCHF.
🎥 Videostudietips
- Video 1: Grundförståelse innan du går vidare till fettmetabolism
- Video 2: Fokusera på karnitinets roll i Emmas fall
- Video 3-4: Förstå alternativa metabolismvägar
🏥 Klinisk handläggning
🚨 Akut behandling av metabolisk kris
Omedelbar behandling:
- Glukostillförsel: IV glukos 10% för att korrigera hypoglykemi
- Undvik fasta: Kontinuerlig glukostillförsel
- Karnitintillskott: L-karnitin 100-200 mg/kg/dag
- Symptomatisk behandling: Kramplösande vid behov
⏰ Långsiktig hantering av MCAD-deficiency
Kosthantering:
- Undvik fasta > 8-10 timmar
- Frequent meals: 4-5 måltider per dag
- Nattmål: Vid längre sömn
- MCT-olja: Direkt energi
Tillskott:
- L-karnitin: 100-200 mg/kg/dag
- Riboflavin (B2): Cofaktor
- Glukos-gel: Vid akut hypoglykemi
Uppföljning:
- Regelbundna kontroller
- Acylkarnitinprofiler
- Genetisk rådgivning
📖 Fördjupning och tentamensprep
Cellbiologi - Tentamenssammanställning
Komplett genomgång av energiproduktion, glykolys, beta-oxidation och metabola störningar