stoffskiftet

Dyreorganismene må skaffe seg næringsstoffer ved å fortære organiske forbindelser som er blitt dannet av planter, eller av 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-tarm-kanalen, hvor store molekyler i føden brytes ned til mindre molekyler. Et stort antall forskjellige proteiner brytes ned til de om lag 20 forskjellige aminosyrene som de er bygd opp av, komplekse karbohydrater brytes ned til enkle sukkermolekyler og fett til fettsyrer og glyserol. Disse molekylene kan tas opp av tarmcellene.

Aminosyrene og sukkermolekylene er vannløselige og frigjøres til en del av blodbanen som dreneres via leverens portåresystem. Leveren regulerer blodkonsentrasjonen av glukose (druesukker) og aminosyrer. Ved overskudd av glukose tilført gjennom portåren dannes det glykogen eller fett som lagres i leveren. Mellom måltidene kan leveren bruke av dette lageret for å sikre en jevn tilførsel av glukose til blodet. Fettstoffene er ikke vannløselige og binder seg til såkalte lipoproteiner i tarmcellene, og skilles ut fra disse som såkalte kylomikroner ut i lymfesystemet. Fett bundet til kylomikroner kan tas opp av celler som har enzymet lipoprotein-lipase (LPL).

I alle organismer er molekylet adenosintrifosfat (ATP) brukt som bærer av energi. 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. Dyrene tar opp oksygen ved åndedrettet, og bryter ned næringsstoffene ved å oksygenere de organiske forbindelsenes karbonatomer til karbondioksid, og deres hydrogenatomer til vann. Ved oksidasjonen frigjøres den kjemiske energien som holder atomene sammen i molekylet, og cellene utnytter dette til egne livsfunksjoner og oppbygning av egne organiske stoffer.

Oksidasjonen er en forbrenningsprosess, og energien frigjøres via en lang rekke mellomtrinn og bindes opp i syntesen av ATP fra AMP og 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 syntetiseres 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.

I cellene brytes glukose ned til en aktivert form for eddiksyre, acetyl-koenzym A, via en prosess som har fått betegnelsen glykolyse, mens fettsyrer omdannes til acetyl-koenzym A ved hjelp av ß-oksidasjon. Aminosyrer som ikke brukes til syntese av nye proteiner, blir omdannet til acetyl-koenzym A eller ketonlegemer ved at nitrogenatomer fjernes og utskilles i form av urea. Acetyl-koenzym A kan deretter forbrennes fullstendig til karbondioksid og vann under forbruk av oksygen (aerob forbrenning).

Sitronsyresyklus tjener som endepunktet for forbrenningen av karbohydrater, fettstoffer og proteiner. Både glukose, fettsyrer og mange aminosyrer kan brytes ned til acetyl-koenzym A eller andre substanser som inngår i syklusen. Prosessen finner sted i cellenes mitokondrier og er den viktigste mekanismen som organismen bruker for å skaffe seg energi fra næringsstoffer. Syklusen starter ved at eddiksyredelen av acetyl-koenzym A bindes til oksaloacetat, og sammen danner de sitronsyre. Koenzym A kan brukes på nytt igjen i andre stoffskifteprosesser. Sitronsyre omdannes i en serie av reaksjoner til oksaloacetat igjen. Det skjer ved at to karbondioksidmolekyler blir spaltet fra, og disse må fjernes via åndedrettet. 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 regenerert fra sitronsyremolekylet, kan på nytt danne sitronsyre sammen med acetyl-koenzym 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 melkesyre (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.

Sitronsyresyklus kalles også Krebs' syklus, etter sir Hans Adolf Krebs (1900–1981) som beskrev den i 1937.

Anabole prosesser starter med intermediærprodukter i stoffskiftet og ender i syntesen 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.

Nesten all den energien som utvinnes ved at næringsstoffene brytes ned, blir før eller senere til varme i organismen. 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.

• energi
• celle
• tyroksin