Atomer, ioner og molekyler

Et atom består av en kjerne med protoner (positiv ladning) og nøytroner (uten ladning), omgitt av elektroner (negativ ladning). Et nøytralt atom har like mange protoner og elektroner. Et grunnstoff er et rent stoff bygd opp av kun én atomtype, og har et eget kjemisk tegn.

Kjemiske tegn for de viktigste grunnstoffene i kroppen: karbon (C), hydrogen (H), oksygen (O), fosfor (P), nitrogen (N), natrium (Na), klor (Cl), kalium (K), kalsium (Ca), magnesium (Mg) og jern (Fe).

Et ion er et atom (eller molekyl) som har avgitt eller tatt opp elektroner og dermed fått netto ladning. Avgir atomet elektroner blir det positivt (kation, f.eks. Na+), tar det opp elektroner blir det negativt (anion, f.eks. Cl-). Ladningen skrives som hevet skrift. En molekylformel viser hvilke og hvor mange atomer et molekyl består av (nedsenket tall), f.eks. H2O og CO2.

Grunnregel – ionefordeling: Na+ (natrium) dominerer utenfor cellene (ekstracellulært), K+ (kalium) dominerer inne i cellene (intracellulært). Denne forskjellen opprettholdes aktivt av Na+/K+-pumpen og er grunnlaget for nerve- og muskelceller sin elektriske aktivitet.

pH, syre og base

pH er et mål på konsentrasjonen av hydrogenioner (H+). Skalaen går fra 0 til 14: under 7 er surt, 7 er nøytralt, over 7 er basisk. pH og H+-konsentrasjon henger omvendt sammen – flere H+ gir lavere pH. En syre avgir H+ (H+-donor), en base tar opp H+ (H+-akseptor).

Eksempel – blodets pH: Blodet holdes normalt på pH 7,35–7,45. Ved oksygenmangel hopes melkesyre/laktat opp, og pH synker (acidose). Kroppen motvirker dette med buffere (bl.a. bikarbonat, HCO3-), ved å puste ut mer CO2 via lungene og ved at nyrene skiller ut H+. Dette er homeostase i praksis.

Makromolekyler

De fire makromolekylgruppene bygges hovedsakelig av C, H og O – proteiner og nukleinsyrer i tillegg av N (og nukleinsyrer av P).

Karbohydrater deles i monosakkarider (f.eks. glukose), disakkarider (f.eks. laktose) og polysakkarider (f.eks. glykogen). Lipider deles i triglyserider (energilagring), fosfolipider (cellemembraner) og steroider (f.eks. kolesterol). Proteiner bygges av aminosyrer; rekkefølgen av aminosyrene bestemmer egenskapene. Enzymer er proteiner som katalyserer kjemiske prosesser. DNA (deoksyribonukleinsyre) er bygd av nukleotider (fosfatgruppe + deoksyribose + nitrogenbase: adenin, guanin, cytosin eller tymin) ordnet i en dobbeltspiral; rekkefølgen er oppskrift på proteiner.

Glukosemetabolisme og energi

Cellen kan hente energi fra karbohydrater (glukose), fettsyrer og – unntaksvis – aminosyrer. Glykolysen foregår i cytosol: glukose brytes ned til pyruvat/pyrodruesyre, og det dannes 2 ATP per glukosemolekyl. Ved fravær av oksygen (anaerobt) brytes pyruvat videre til melkesyre/laktat. Ved tilgang til oksygen (aerobt) brytes pyruvat ned i mitokondriene til H2O og CO2 via sitronsyresyklus og oksidativ fosforylering, og det dannes store mengder ATP – opptil 36 ATP per glukosemolekyl.

Eksempel – muskel ved hard trening: Når en muskel arbeider hardere enn oksygentilførselen tillater, fortsetter glykolysen, men pyruvat omdannes til laktat. Det gir rask, men begrenset, ATP-produksjon (2 ATP) og opphopning av laktat. Ved hvile og god oksygentilgang gjenopptas den aerobe nedbrytningen som gir opptil 36 ATP.

ATP (adenosintrifosfat) er cellens energivaluta, satt sammen av ribose, adenin og tre fosfatgrupper. Energien lagres i bindingene mellom fosfatgruppene og frigjøres når ATP spaltes til ADP. Cellens metabolisme produserer også varme, som bidrar til å opprettholde kroppstemperaturen.

Studieguide: Kjemi og biokjemi