Karbohydratmetabolismen

Karbohydrater er et av de energigivende næringsstoffene, og finnes i kroppen hovedsakelig som glukose. Prosessen som bryter ned glukose inni cellen kalles glykolyse, og den omvendte prosessen, altså nydanning av glukose, kalles glukoneogenese. I musklene og leveren kan vi lagre glukose som glykogen, og oppbygging og nedbrytning av glykogen kalles henholdsvis glykogensyntese og glykogenolyse. Disse prosessene skal vi se nærmere på i denne artikkelen.

Les om karbohydrater og hvordan de fordøyes og tas opp i denne artikkelen.

Glykolyse

Som nevnt i innledningen er glykolyse den prosessen som bryter ned glukose. Denne prosessen foregår inne i den enkelte cellen, og er delt inn i 10 trinn. Det er ikke nødvendig å gå inn på hvert enkelt trinn, men jeg vil ta for meg noen hovedtrinn.

Det første som skjer er at det kobles på en fosfatgruppe, noe som gjør at vi får en forbindelse som heter glukose-6-fosfat (G6P). Denne kan ikke krysse cellemembranen, så når glykolysen er igang er glukosen fanget inne i cellen. G6P vil deretter omdannes til fruktose-6-fosfat, og det kobles på enda en fosfatgruppe, og vi får fruktose-1,6-bisfosfat. Fram til nå har glykolysen vært energikrevende, noe som vises på figuren.

Oversikt over glykolysen

Fruktose-1,6-bisfosfat omdannes til glyceraldehyd-3-fosfat (GAP) og dihydroacetonfosfat (DHAP). Av disse går GAP gjennom de resterende fem trinnene i glykolysen, og endeproduktet heter pyrodruesyre, eller pyruvat. DHAP kan omdannes til GAP, noe som gjør at for hvert glukosemolekyl som går inn i glykolysen ender vi opp med to pyruvatmolekyler.

Pyruvat kan forbrennes anaerobt (ved aktivitet på høy intensitet), og det vil da dannes melkesyre. Dersom det er tilstrekkelig oksygen tilstede kan pyruvat omdannes til acetyl-CoA som er hovedsubstrat for sitronsyresyklusen og videre energiproduksjon. Les mer om sitronsyresyklusen i egen artikkel.

Glukoneogenese

Den motsatte prosessen av glykolyse, nemlig nydanning av glukose, heter glukoneogenese (neo=ny og genese=danning). Denne prosessen foregår hovedsakelig i leveren, og er kroppens måte å dekke behovet for glukose dersom vi ikke spiser tilstrekkelig med karbohydrater. Glukoneogenesen foregår også inne i cellen, men de første trinnene foregår inni mitokondriene.

Utgangspunktet for glukoneogenesen kan være glycerol fra nedbrytningen av fettsyrer, melkesyre (laktat) eller aminosyrer som omdannes til ulike intermediater i sitronsyresyklusen. Med andre ord kan vi lage glukose fra proteiner og fett, og er ikke avhengig av tilførsel gjennom kosten.

Trinnene i glukoneogenesen er de samme som for glykolysen, men prosessen går motsatt vei, og de ulike substratene kommer inn på ulike steder. Dette vises ganske tydelig på figuren. Det siste trinnet i glykolysen, der fosfoenolpyruvat omdannes til pyruvat, er irreversibelt, så for å gå andre veien må pyruvat omdannes til oksaloacetat (sitronsyresyklusen), som kan omdannes til fosfoenolpyruvat.

Ovesikt over glukoneogenese, prosessen går oppover

Regulering av glykolyse og glukoneogenese

Disse to prosessene kan av åpenbare årsaker ikke skje samtidig, noe som skyldes at nøkkelenzymer som styrer de motsatte prosessene hemmer hverandre. Prosessene reguleres derfor utifra behov. Hovedsakelig styres disse hormonelt og utifra hva og hvor mye du har spist og hvor lenge det er siden du har spist.

Insulin og glukagon spiller en nøkkelrolle i denne reguleringen. Insulin produseres når blodsukkeret øker og når vi spiser, og stimulerer de enzymene som driver glykolysen. Når insulinet er høyt, vil kroppen øke forbrenningen av glukose. Glukagon på sin side, produseres når blodsukkeret blir lavt, og stimulerer enzymene som driver glukoneogenesen. På denne måten bidrar glukagon til å øke blodsukkeret når det er lavt.

Hvis cellene har høy tilgang på substratet til sitronsyresyklusen, acetyl-CoA, vil dette stimulere glukoneogenesen og på sikt føre til lagring av energi som glykogen og fettvev. Dette er tilfelle når energiinntaket er høyere enn forbruket.

Glykogensyntese

Glykogenmolekyl med glykogenin i midten

Som nevnt kan kroppen lagre glukose i form av glykogen. Dette skjer i skjelettmusklene og i leveren. Leveren kan lagre omtrent 100g glykogen, og dette brukes for å opprettholde blodsukkeret på et normalt nivå, noe som er viktig for hjernens tilgang på glukose. Skjelettmusklene kan normalt lagre 3-400g glykogen, alt etter hvor mye muskelmasse du har, og normalt utgjør disse lagrene 1-2% av totalvekten til musklene. Muskelglykogenet brukes som energi lokalt i den muskelen det er lagret i, og glykogen fra en muskel kan ikke brukes som energi for en annen muskel.

Et glykogenmolekyl er lange, forgrenede kjeder av glukose som springer ut fra et protein som heter glykogenin. Disse glukosekjedene kan sammenlignes med stivelsesmolekylet amylopektin, og hvert glykogenmolekyl inneholder ca. 450 glukosemolekyler.

For å koble sammen glukosemolekylene må det først kobles på en fosfatgruppe, slik at vi får glukose-6-fosfat, som igjen må omdannes til glukose-1-fosfat (fosfatgruppen bytter plass). Glukose-1-fosfat binder til uridindifosfat (UDP), og vi ender opp med det som heter UDP-glukose. I prosessen der glykogenmolekylet bygges opp, festes glukosemolekylene ved at UDP spaltes av, som vist på figuren under.

Glykogenolyse

Nedbrytningen av glykogen heter glykogenolyse, og denne prosessen frigir ett og ett glukosemolekyl fra glykogenmolekylet. Dette glukosemolekylet kan da gå inn i glykolysen og brukes som energi. Glykogenet i leveren brukes for å opprettholde blodsukkeret på et normalt nivå, mens glykogenet i skjelettmusklene fungerer som en energikilde lokalt i muskelen.

Nedbrytningen foregår ved at et og et glukosemolekyl spaltes av glykogenmolekylet. Enzymet som sørger for avspaltingen kobler på et fosfatmolekyl, og vi får glukose-1-fosfat, som omdannes videre til glukose-6-fosfat (se glykolysen). For at leveren skal kunne sende glukosen ut i blodet, må glukose-6-fosfat omdannes videre til glukose, som kan krysse cellemembranen.

Regulering av glykogenmetabolismen

Glykogenlagrene kan ikke bygges opp og brytes ned samtidig, så hvilken av prosessene som er aktive styres av kroppens behov.

Glykogenet i leveren brukes som sagt til å opprettholde blodsukkeret, så insulin og glukagon er sentrale hormoner her. Insulin skilles ut som en reaksjon på økende blodsukker, og stimulerer til innlagring av energi. Altså vil glykogensyntesen stimuleres av insulin. Glukagon skilles ut når blodsukkeret blir lavt, og stimulerer glykogenolysen for å gjøre glukosen tilgjengelig for blodet. Adrenalin har en lignende virkning som glukagon, og stimulerer også nedbrytningen av glykogen.

I muskelvev vil glykogenolysen stimuleres av aktivitet og energiforbruk. Spesielt gjelder dette aktivitet på høye intensiteter, der glukose er det foretrukne brennstoffet. Årsaken til at glykogenolysen aktiveres er tilpasninger som skjer i muskelcellene under muskelkontraksjon.

Glykogensyntesen i muskelvevet vil settes igang når muskelen er i hvile. Insulin vil også føre til økte nivåer av glukose i musklene, og dersom dette ikke trengs til energi, vil økte nivåer av glukose-6-fosfat inni cellene stimulere til glykogensyntese.

Tilbake til metabolismeskolen.