PBL Fall 2: Citronsyracykel och elektron
Mitokondriell energiproduktion, elektrontransportkedja och metabolisk uncoupling
Cellbiologi🎯 Läringsmål
Citronsyracykeln
Krebs cykel, NADH/FADH₂ produktion, reglering och intermediärer
Elektrontransportkedjan
Komplex I-V, protonpump, oxidativ fosforylering och ATP-syntes
Metabolisk uncoupling
UCP-proteiner, termogenes och energispill som värme
Proteinmetabolism
Aminosyranedbrytning, deamination och energiutvinning
Mitokondriella shuttlar
Malat-aspartat och glycerol-fosfat transport över membranet
Farmakologi
2,4-dinitrofenol, uncouplers och metabola toxiner
💡 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 fördjupar mitokondriell energiproduktion genom en komplex metabolisk störning. Du kommer att utforska citronsyracykeln, elektrontransportkedjanoch förstå hur cellulär respiration kan gå snett vid metabolisk uncoupling.
🎯 Varför detta är viktigt
Mitokondrier är cellernas kraftverk. Förståelse för oxidativ fosforylering och energiproduktion är grundläggande för att förstå metabolism, termogenes och metabola sjukdomar.
👤 Fallbeskrivning: Sofias metaboliska gåta
Livslång problematik
Sofia, 28 år, har hela sitt liv lidit av:
- 🔸 Kraftig svettning - Även i vila och kyla
- 🔸 Extremt svårt att gå upp i vikt - Trots ökad kaloriintag
- 🔸 Dåligt utvecklade muskler - Svag och mager trots träning
- 🔸 Konstant värmeproduktion - Fryser sällan, alltid varm
- 🔸 Hög basalmetabolism - 40% över normalvärde
Metaboliska parametrar
- Basalmetabolism: 2800 kcal/dag (normalt 1600)
- Kroppstemperatur: Konstant 38.2°C
- Blodsockernivåer: Ofta låga trots frekvent ätande
- Ketonkroppar: Måttligt förhöjda
Cellulära markörer
- Mitokondriell andning: Högt syrekonsumption, låg ATP-produktion
- Uncoupling proteins (UCP): Extremt förhöjda nivåer
- 2,4-dinitrofenol spår: Ej påvisbart i blod
⚠️ Mest sannolika diagnosen: UCP1-överuttryck eller genetisk polymorfism
Stödjande bevis:
- Livslång duration: Talar mot exogen DNP
- Stabilt tillstånd: Inte progressivt försämrande
- Hög termogenes: Konsistent med UCP-överaktivitet
Patofysiologi:
Genetisk variant som leder till konstitutivt hög UCP1-expression → Konstant uncoupling → Energi dissiperas som värme istället för ATP
🔄 Citronsyracykeln (Krebs cykel)
Citronsyracykeln är den centrala metaboliska knutpunkten där kolhydrater, fetter och proteiner oxideras för energiproduktion.
Indata per varv:
- 1 Acetyl-CoA (från pyruvat, fettsyror, aminosyror)
- 3 NAD+ → 3 NADH + 3 H+
- 1 FAD → 1 FADH₂
- 1 GDP + Pi → 1 GTP
Utdata per varv:
- 2 CO₂ (dekarboxylering)
- 3 NADH + 3 H+ (elektronbärare)
- 1 FADH₂ (elektronbärare)
- 1 GTP (energiekvivalent med ATP)
🔧 Nyckelsteg och enzymer
Steg 1: Citratbildning
Enzym: Citrat syntas
Reaktion: Acetyl-CoA + Oxalacetat → Citrat
Steg 3: α-ketoglutarat bildning
Enzym: Isocitrat dehydrogenas
Reaktion: Isocitrat + NAD+ → α-ketoglutarat + NADH + CO₂
Steg 6: Fumarat bildning
Enzym: Succinat dehydrogenas (Komplex II)
Koppling: Direkt länk till elektrontransportkedjan
Steg 8: Oxalacetat regenerering
Enzym: Malat dehydrogenas
Betydelse: Regenererar startmolekylen för nästa varv
⚡ Elektrontransportkedjan
Elektrontransportkedjan består av fem proteinkomplex lokaliserade i mitokondriernas inre membran.
Komplex I: NADH-Ubiquinon Oxidoreduktase
Oxiderar NADH och reducerar ubiquinon (CoQ). Pumpar 4 H+ ut per NADH.
Komplex II: Succinat-Ubiquinon Oxidoreduktase
Oxiderar succinate från TCA-cykeln. Pumpar INGA protoner - unik egenskap!
Komplex III: Cytokrom bc1 Complex
Oxiderar ubiquinol och reducerar cytokrom c. Q-cykel mekanism.
Komplex IV: Cytokrom c Oxidase
Oxiderar cytokrom c och reducerar O₂. Slutpunkten för elektrontransport.
Komplex V: ATP Syntase
ATP-syntes driven av protongradienten. Rotationsmekanisem med F₁-huvud och F₀-bas.
⚡ Energiutbyte per glukos
Glykolys:
~7 ATP (2 ATP + 2 NADH → 5 ATP)
Pyruvat oxidation:
5 ATP (2 NADH)
TCA-cykel:
20 ATP (6 NADH + 2 FADH₂ + 2 GTP)
Total teoretisk: ~32 ATP per glukos
(Praktiskt ofta ~30 ATP på grund av läckage och transportkostnader)
🔥 Metabolisk uncoupling och termogenes
Uncoupling Proteins (UCPs)
UCP1 (Thermogenin)
Lokalisering: Brunt fett
Funktion: Termogenes utan rysningar
UCP2 & UCP3
Lokalisering: Vit fettväv, skelettmuskel
Funktion: ROS-regulering, metabolisk flexibilitet
2,4-Dinitrofenol (DNP)
Mekanism: Lipofil svag syra som transporterar protoner
Effekt: Kollapsar protongradient utan ATP-syntes
⚠️ Farliga biverkningar:
- Livshotande överhettning
- Profus svettning
- Tachycardia
- Extremt smalt terapeutiskt index
🎥 Studievideos: Citronsyracykel och elektrontransport
Video 1: Citronsyracykeln
Komplett genomgång av Krebs cykel och dess reglering.
Video 2: Elektrontransportkedjan
Detaljerad genomgång av ETC-komplex och ATP-syntes.
Video 3: Malat-Aspartat Shuttle
NADH-transport från cytoplasma till mitokondrier.
Video 4: Glycerol-fosfat Shuttle
Alternativ NADH-transport i muskulära system.
🎥 Videostudietips
- Video 1: Förstå TCA innan du går vidare till ETC
- Video 2: Fokusera på ATP-syntesmekanismen
- Video 3-4: Koppla shuttlarna till Sofias energiproblem
📖 Fördjupning och tentamensprep
Cellrespiration - Tentamenssammanfattning
Komplett genomgång av citronsyracykel, elektrontransport och oxidativ fosforylering