stoffskiftet

Stoffskiftet er summen av alle kjemiske reaksjoner som finner sted i hver enkelt celle i en organisme hvor formålet er å skaffe energi til livsnødvendige prosesser og å produsere nytt organisk materiale.

Faktaboks

Også kjent som: metabolisme

Stoffskiftet inkluderer regulering av hvilke gener som uttrykkes i en celle, hvordan et stoff skal lages eller nedbrytes og mekanismene for hvordan dette reguleres samt hvordan kroppen kan ta opp, lagre og mobilisere energi.

Stoffskiftet deles i to prosesser:

anabolisme, der det brukes energi for å bygge nye sammensatte molekyler fra enklere stoffer
katabolisme, der energi gjøres tilgjengelig i forbindelse med nedbrytningen av store organiske molekyler til enklere substanser

De kjemiske reaksjonene i cellene formidles av enzymer som katalyserer prosessene. Ved å regulere enzymenes mengde eller aktivitet kan organismen endre stoffskiftet etter behov mellom å være hovedsakelig anabolt eller katabolt.

Opptak av næringsstoffer

Dyr må skaffe seg næringsstoffer ved å konsumere organiske forbindelser som er blitt dannet av planter, eller konsumere andre dyr som har fortært planter eller andre dyr. Dette er utgangspunktet for produksjonen av energi, og for å produsere nye organiske forbindelser.

Den første fasen av frigjøringen av kjemisk energi fra mat skjer hovedsakelig i mage-tarmkanalen hvor store molekyler i maten brytes ned til mindre molekyler. Proteiner brytes ned til om lag 20 forskjellige aminosyrer som de er bygd opp av. Komplekse karbohydrater brytes ned til enkle sukkermolekyler. Fett brytes ned til fettsyrer og glyserol. Disse enklere bestanddelene tas opp av tarmcellene.

Aminosyrene og sukkermolekylene er vannløselige og frigjøres til en del av blodbanen som dreneres via leverens portåresystem. Leveren regulerer konsentrasjonen av glukose (druesukker) og aminosyrer i blodet. Ved overskudd av glukose tilført gjennom portåren dannes det glykogen eller fett som lagres i leveren. Mellom måltider kan leveren bruke av dette lageret for å sikre en jevn tilførsel av glukose til blodet.

Fettstoffene er ikke vannløselige og må derfor binde seg til lipoproteiner i tarmcellene. Fettstoffene skilles ut fra tarmcellene som kylomikroner ut i lymfesystemet. Fett bundet til kylomikroner kan tas opp av celler som har enzymet lipoprotein-lipase (LPL).

Katabole prosesser

I alle organismer er molekylet adenosintrifosfat (ATP) brukt som bærer av energi, cellenes energivaluta. ATP kan reduseres ved at fosfatgrupper spaltes av, først til adenosindifosfat (ADP) og så til adenosinmonofosfat (AMP). Samtidig frigjøres energi som kan brukes i syntesen av nye organiske forbindelser, til muskelarbeid eller til produksjon av varme.

Forbrenning

Dyr tar opp oksygen gjennom pusting, og bryter ned næringsstoffene ved å oksidere de organiske forbindelsenes karbonatomer til karbondioksid (CO₂) og hydrogenatomene til vann (H₂O). Ved oksidasjonen frigjøres den kjemiske energien som holder atomene sammen i molekylet, og cellene utnytter denne energien til egne livsfunksjoner og til oppbygning av egne organiske stoffer.

Oksidasjonen er en forbrenningsprosess, og energien frigjøres via en lang rekke mellomtrinn og bindes opp i dannelsen av ATP fra AMP eller ADP. ATP-reserven i cellene er om lag 40 gram. Forbruket er cirka 100 kilo per døgn, slik at hvert ATP-molekyl må bygges opp og brytes ned 2000–3000 ganger i døgnet.

Forbrenningen styres ved hjelp av enzymer som lages av cellen, og virker som katalysatorer som fremskynder spesifikke kjemiske reaksjoner. Også cellenes produksjon av egne byggematerialer er styrt av enzymer. Aktiviteten og mengden av enzymer som bestemmer hastigheten på prosesser som har med nedbrytning eller syntese av stoffer i cellene å gjøre, er ofte styrt av hormoner som insulin, veksthormoner og skjoldbruskkjertelhormoner.

Katabole reaksjonsveier

I cellene brytes glukose ned til en aktivert form for eddiksyre kalt acetylkoenzym A. Dette skjer i glykolysen. Fettsyrer omdannes til acetylkoenzym A ved hjelp av beta-oksidasjon. Aminosyrer som ikke brukes i produksjon av nye proteiner blir omdannet til acetylkoenzym A eller ketonlegemer ved at nitrogenatomer fjernes og utskilles i form av urea.

Acetylkoenzym A kan forbrennes fullstendig til karbondioksid og vann under forbruk av oksygen (aerob forbrenning).

Sitronsyresyklus

Sitronsyresyklus er endepunktet i forbrenningen av karbohydrater, fettstoffer og proteiner. Både glukose, fettsyrer og mange aminosyrer kan brytes ned til acetylkoenzym A eller andre substanser som inngår i syklusen. Prosessen finner sted i cellenes mitokondrier og er den viktigste mekanismen organismen bruker for å skaffe seg energi fra næringsstoffer. Syklusen starter ved at eddiksyredelen av acetylkoenzym A bindes til oksaloacetat, og sammen danner de sitronsyre. Koenzym A brukes på nytt igjen i andre stoffskifteprosesser.

Sitronsyre omdannes i en serie av reaksjoner til oksaloacetat igjen. I prosessen blir det dannet to molekyler karbondioksid som vi kvitter oss med gjennom pusten. Hydrogenatomene som spaltes fra sitronsyren oksideres i respirasjonskjeden i mitokondriene slik at ADP fosforyleres til den mer energirike forbindelsen ATP samtidig med at det dannes vann. Denne prosessen kalles oksidativ fosforylering. Oksaloacetat som er gjendannet fra sitronsyren kan på nytt danne sitronsyre sammen med acetylkoenzym A.

Dersom tilførselen av oksygen er ufullstendig, kan cellene kun utnytte glykolysen, som ikke krever oksygen og er anaerob. I stedet for karbondioksid og vann dannes det laktat, som man kan merke ved intenst muskelarbeid.

Fettsyrer og aminosyrer kan brukes til å danne ketonlegemer som er en viktig energikilde ved sult og faste, hvor kroppen må forbrenne egne fett- og proteinreserver.

Anabole prosesser

Anabole prosesser starter med mellomprodukter fra stoffskiftet og ender i produksjon av proteiner, karbohydrater, fettstoffer og andre store molekyler som sammen utgjør cellene og vevet organismen er bygd opp av. Selv om visse kjemiske substanser finnes igjen i både anabole og katabole reaksjoner, kan ikke anabolisme oppnås ved kun å reversere katabole reaksjonsveier.

For eksempel er glukose en viktig energikilde, men kan også brukes i mange andre stoffskifteprosesser som produksjon av glykogen, fettsyrer, kolesterol og femringet sukker (ribose) som brukes for å lage nukleinsyrer og deler av enkelte aminosyrer.

Måling av stoffskiftet

Nesten all den energien som utvinnes ved at næringsstoffene brytes ned blir før eller senere til varme i kroppen. Siden kroppstemperaturen holdes konstant, må det bestandig avgis like mye varme som det dannes. Energiproduksjonen kan derfor bestemmes ved at man måler den avgitte varmen ved hjelp av en ganske besværlig prosedyre. Proteinomsetningen kan bestemmes ut fra urinens innhold av urinstoff, mens man ved å bestemme oksygenopptak og karbondioksidutskillelsen innenfor en tidsperiode får et mål for hvor mye oksygen som forbrukes og hvor mye karbondioksid som produseres ved forbrenningen.

Basal- eller hvilestoffskiftet måles ved at man beregner oksygenopptaket over en periode. Dette er normalt avhengig av individets overflateareal og er avtagende med alderen. Ved samme vekt og alder er det noe lavere hos kvinner enn hos menn. Dette har tidligere vært benyttet for å vurdere funksjonsforstyrrelser i skjoldbruskkjertelen.

Les mer i Store norske leksikon

Kommentarer

Kommentaren din publiseres her. Fagansvarlig eller redaktør svarer når de kan.

Du må være logget inn for å kommentere.

Fagansvarlig for Skjoldbruskkjertelen

Eystein Husebye

Professor i medisin, Universitetet i Bergen