DYNAMICKÁ BIOCHEMIE Daniel Nechvátal :: www.gymzn.cz/nechvatal
Energetický metabolismus • děje potřebné pro zabezpečení života organismu • ANABOLISMUS – skladné reakce, spotřeba E • KATABOLISMUS – rozkladné reakce, zisk E • E pro anabolické reakce získávána z makroergických vazeb (Ev > 20 kJ/mol) • zdrojem E např. ATP - adenosintrifosfát
Energetický metabolismus
Metabolismus sacharidů • zdroj energie • klíčovou sloučeninou je glukosa • odbouráním glukosy vzniká E, CO2 a voda C6H12O6 + 6O2 6CO2 + 6H2O + E • složitý proces – 3 stupně
1. Glykolýza • za anaerobních podmínek, v cytoplazmě • glukosa se rozkládá na 2 anionty kyseliny pyrohroznové (pyruvát): H3C C COOO
glukosa + 2ATP pyruvát + 4ATP + 2NADH+H+
• energetický zisk jsou 2 molekuly ATP a 2 molekuly redukovaného koenzymu NADH+H+
Za dostatečného přísunu O2…
2. Oxidační dekarboxylace • za aerobních podmínek, v mitochondriích • pyruvát odštěpuje CO2 a váže se na koenzym A • vzniká acetylkoenzym A: H3C C S CoA O
pyruvát + HS-CoA + 1/2O2 acetylkoenzym A + CO2 + H2O
• energetický zisk jsou 2 molekuly redukovaného koenzymu NADH+H+ (ze 2 molekul pyruvátu)
3. Citrátový (Krebsův) cyklus • za aerobních podmínek, v mitochondriích • acetylkoenzym A se odbourává za vzniku redukovaných koenzymů, ATP, CO2 a H2O • redukované koenzymy se reoxidují v dýchacím řetězci • cyklický proces: 1) 2)
acetyl se naváže na oxalacetát za vzniku šestiuhlíkatého citrátu přes 7 mezistupňů se mění na výchozí oxalacetát
• energetický zisk jsou 2 molekuly ATP a 6 molekul redukovaného koenzymu NADH+H+ a 2 molekuly FADH2
Dýchací řetězec • • • • •
oxidace vodíku v redukovaných koenzymech oxidačním činidlem je kyslík, produktem voda během oxidace probíhá fosforylace, tedy tvorba ATP 1 molekula NADH+H+ poskytuje 3 ATP 1 molekula FADH2 poskytuje 2 ATP
Celková bilance • glykolýza: 2 + 2.3 ATP • oxidační dekarboxylace: 2.3 ATP • citrátový cyklus: 2 + 6.3 + 2.2 ATP • celkem za aerobních podmínek: 38 ATP (z 1 molekuly glukosy)
Za nedostatečného přísunu O2…
Kvašení (fermentace) • za anaerobních podmínek nemůže buňka reoxidovat redukované koenzymy kyslíkem • po glykolýze následuje mléčné kvašení • pyruvát se redukuje na laktát H3C CH COO OH
pyruvát + NADH+H+ laktát + NAD+ • značné množství E zůstává nevyužito – zisk jen 2 ATP
Sacharidy jako zásoba E • nadbytečné sacharidy se ukládají ve formě polysacharidů (škrob, glykogen) • klíčovou roli hraje acetylkoenzym A – syntéza lipidů
Syntéza sacharidů - fotosyntéza • organismy obsahující chlorofyl přetváří CO2 na energeticky bohaté sloučeniny 6CO2 + 12H2O + E C6H12O6 + 6O2 + 6H2O • fotosyntéza probíhá v chloroplastech a má 2 fáze
Světelná fáze • je zachycena energie fotonů (světla) • probíhá fosforylace (vznik ATP) a fotolýza (rozklad) vody H2O + NADP+ + P + ADP + E O2 + NADPH+H+ + ATP
Temnostní fáze • využití produktů světelné fáze • probíhá hydrogenace CO2 na glukosu 6CO2 + 12NADPH+H+ + 18ATP C6H12O6 + 12NADP+ + 18ADP + 18P + 6H2O
Metabolismus lipidů • lipidy zásobní, depotní – většinou triacylglyceroly • lipidy tkáňové, pracovní - stavební kameny buněčných membrán – složené lipidy
Mobilizace lipidů • při námaze se štěpí nejprve sacharidy • Po vyčerpání většiny glykogenu se štěpí lipidy – v játrech a svalech • impulz ke štěpení lipidů (i glykogenu) – adrenalin • enzymem štěpení je lipasa • produkty jsou mastné kyseliny a glycerol • glycerol se odbourává glykoliticky • mastné kyseliny se odbourávají b-oxidací
Oxidace mastných kyselin • • • • •
v mitochondriích na kyselinu se naváže koenzym A kyselina se oxiduje na 3. uhlíku (b uhlík) odštěpí se acetylkoenzym A proces se opakuje (kyselina je o 2 uhlíky kratší) – Lynenova spirála
• z 1 molekuly kyseliny palmitové vzniká 129 molekul ATP • velké množství vody jako odpad
Syntéza mastných kyselin • v cytoplazmě • zdroje: acetylkoenzym A, ATP, redukované koenzymy NADH+H+ a voda • „koncentrovaná energie“ – 1 g tuku uvolní cca 38 kJ, 1 g sacharidů cca 17 kJ
Vztah lipidy sacharidy
Metabolismus bílkovin • proteiny se neustále štěpí (proteolýza) a tvoří (proteosyntéza) – dusíková bilance
Katabolismus bílkovin • probíhá v žaludku a tenkém střevě • enzymy proteasy (peptidasy) – exopeptidasy a endopeptidasy • AMK využity ke stavbě bílkovin, sloučenin obsahujících dusík (hem, báze NK), zdroj E (například při hladovění) • každá z AMK se odbourává jiným způsobem: oxidace na oxokyseliny – acetylkoenzym A dekarboxylace – primární amin (různé fyziologické účinky, např. alkaloidy)
Syntéza bílkovin • AMK se spojují peptidickou vazbou • neesenciální AMK se vytváří transaminací (přenos aminoskupiny na oxokyselinu) nebo aminací (přímým působením NH3) • primární struktura bílkovin je uložena v DNA • transkripce – přepis informace z DNA na mRNA • translace – „překlad“ mRNA do primární struktury bílkovin
