metabolizm

Bliskie spotkania z biologią
METABOLIZM
dr hab. Joanna Moraczewska, prof. UKW
Instytut Biologii Eksperymetalnej, Zakład Biochemii i Biologii Komórki
Metabolizm
całokształt przemian biochemicznych i
towarzyszących im przemian energii,
zachodzących w komórkach żywych organizmów
Komórkowe szlaki metaboliczne
substraty
związki
pośrednie
Katalizowane
reakcje
biochemiczne
produkty
źródło: Berg, Tymoczko, Stryer „Biochemia” PWN, 2010
Enzymy
- cząsteczki białkowe (wyjątek – rybozymy zbudowane z RNA) zbudowane z
pojedynczych łańcuchów polipeptydowych lub z wielu podjednostek
Karbamoilotransferaza
Lizozym asparaginianowa
źródło: Berg, Tymoczko, Stryer „Biochemia” PWN, 2010
- często to białka złożone z części białkowej i kofaktora (koenzym, grupa
prostetyczna, jon metalu)
NADH (koenzym)
HOLOENZYM
reduktaza cytochromu b5
(apoenzym)
struktura: http//pl.wikipedia.org/
- wiążą substrat w miejscu aktywnym poprzez wzajemne dopasowanie białka
i cząsteczki substratu (model indukowanego dopasowania)
Substrat
Kompleks ES
Enzym
źródło: Berg, Tymoczko, Stryer „Biochemia” PWN, 2010
- Katalizatory obniżające energię potrzebną do zapoczątkowania reakcji
(energię aktywacji)
Źródło: http//pl.wikipedia.org/
- podlegają ścisłej regulacji, dzięki której katalizowana reakcja zachodzi z
większą lub mniejszą prędkością, a to umożliwia regulację całego szlaku
metabolicznego
Substrat
Inhibitor kompetycyjny
Inhibitor akompetycyjny
Inhibitor
niekompetycyjny
źródło: Berg, Tymoczko, Stryer „Biochemia” PWN, 2010
Aktywność enzymów może być hamowana przez cząsteczki zwane inhibitorami.
Na schemacie przedstawiono dwa rodzaje hamowania aktywności enzymów
Na podstawie schematu opisz, na czym polega hamowanie:
kompetycyjne (A)
.......................................................................................................................
.................................................................................................................................................
niekompetycyjne (B)
..................................................................................................................
....................................................................................................................................
METABOLIZM
KATABOLIZM - rozkład
związków chemicznych
występujących w żywności
oraz wcześniej istniejących
tkankach
ANABOLIZM - wymagająca
energii synteza złożonych
związków chemicznych,
prowadząca do wzrostu masy
organizmu i rozrostu jego
tkanek.
Oceń prawdziwość stwierdzeń dotyczących metabolizmu. Wpisz w
odpowiednie miejsca tabeli literę P, jeśli stwierdzenie jest
prawdziwe, lub literę F, jeśli stwierdzenie jest fałszywe.
P/F
1. W procesach anabolicznych produkty reakcji są związkami bardziej
złożonymi niż substraty.
P
2. Energia uwalniana w procesach anabolicznych jest wykorzystywana
do syntezy związków budulcowych.
F
3. Katabolizm to reakcje syntezy związków złożonych z substancji prostych,
wymagające dostarczenia energii.
F
Głównym zadaniem przemian katabolicznych jest
wytwarzanie energii metabolicznej.
Głównym, bezpośrednim donorem energii
swobodnej w układach biologicznych ( a nie formą
długotrwałego jej magazynowania) jest ATP
(adenozynotrifosforan)
W ATP energia jest przechowywana w dwóch
wysokoenergetycznych wiązaniach fosforanowych
Biosyntezy
Transport
Sygnalizacja komórkowa
Praca mechaniczna
Ciepło
ATP
ADP+ Pi
fosforylacja fotosyntetyczna
fosforylacja substratowa
fosforylacja oksydacyjna
(Utlenianie cząsteczek pokarmowych i zapasowych)
Podstawowe szlaki kataboliczne
TŁUSZCZE
POLISACHARYDY
BIAŁKA
glukoza
aminokwasy
kw. tłuszczowe
glicerol
CoA
acetylo-CoA
Łańcuch
oddechowy
O2
Cykl
Krebsa
ADP
ATP
CO2
Etapy wewnątrzkomórkowego utleniania glukozy
Fosforylacja
oksydacyjna
Źródło: Biologia. Podręcznik. Tom 3. PWN 2004
Metabolizm beztlenowy
Glikoliza – pierwszy etap utleniania glukozy
C-6
C-6-P
C-1,6-PP
2 C-3-P
Fosforylacja substratowa
2 C-3
Losy pirogronianu
Fermentacja
alkoholowa
Fermentacja
mlekowa
Oddychanie
beztlenowe
Oddychanie tlenowe
Metabolizm beztlenowy
źródło: Berg, Tymoczko, Stryer „Biochemia” PWN, 2010
W tabeli porównano oddychanie tlenowe i beztlenowe.
32
2
Wykorzystując informacje zamieszczone w tabeli, podaj dwa argumenty
potwierdzające następującą tezę: „Oddychanie beztlenowe jest rozrzutnym
sposobem uzyskiwania energii koniecznej do życia”.
................................................................................................................................
................................................................................................................................
Metabolizm tlenowy
Oksydacyjna dekarboksylacja pirogronianu- drugi etap
Cykl Krebsa (cykl kwasu cytrynowego) - trzeci etap
Krysty
Przestrzeń międzybłonowa
Macierz
Błona zewnętrzna
Błona wewnętrzna
źródło: Berg, Tymoczko, Stryer „Biochemia” PWN, 2010
Oksydacyjna dekarboksylacja pirogronianudrugi etap (metabolizm tlenowy)
Pirogronian (C-3)
NAD+
CoA
NADH + H+
CO2
↑
Acetylo-CoA (C-2)
Cykl Krebsa
Acetylo-CoA + 3 NAD+ + FAD + GDP + Pi
2 CO2 + CoA + GTP + 3 NADH + FADH2
Acetylo-CoA
3 NADH + H+
Łańcuch oddechowy i fosforylacja oksydacyjna czwarty etap
Krysty
Przestrzeń międzybłonowa
Macierz
Błona zewnętrzna
Błona wewnętrzna
Źródło: Biologia. Podręcznik. Tom 3. PWN, 2004
Mechanizm transportu elektronów i syntezy
ATP z udziałem mitochondrialnej syntazy ATP
http://www.youtube.com/watch?v=xbJ0nbzt5Kw&NR=1
Podstawowe szlaki kataboliczne
TŁUSZCZE
POLISACHARYDY
BIAŁKA
glukoza
aminokwasy
kw. tłuszczowe
glicerol
CoA
acetylo-CoA
Łańcuch
oddechowy
O2
Cykl
Krebsa
ADP
ATP
CO2
b-oksydacja – metabolizm tlenowy tłuszczy obojętnych
Źródło: Biologia 2. Podręcznik. Operon, 2005
Podstawowe szlaki kataboliczne
TŁUSZCZE
POLISACHARYDY
BIAŁKA
glukoza
aminokwasy
kw. tłuszczowe
glicerol
CoA
acetylo-CoA
Łańcuch
oddechowy
O2
Cykl
Krebsa
ADP
ATP
CO2
Degradacja aminokwasów
aminokwas
deaminacja
ketokwas
utlenianie łańcuchów
węglowych
acetylo-CoA
pirogronian
związki pośrednie cyklu Krebsa
glukoza
Deaminacja aminokwasów
Źródło: Biologia 2. Podręcznik. Operon, 2005
Neutralizacja amoniaku – cykl mocznikowy
Źródło: Biologia 2. Podręcznik. Operon, 2005
Powiązanie cyklu mocznikowego z cyklem Krebsa
a-ketokwas
cytrulina
Karbamoilofosforan
asparaginian
argininobursztynian
ornityna
a-aminokwas
szczawiooctan
jabłczan
Mocznik
arginina
fumaran
Cykl mocznikowy ma charakter anaboliczny,
ponieważ do syntezy mocznika
wykorzystywana jest energia zawarta w
cząsteczce ATP.
Reakcje cyklu mocznikowego zazębiają się z:
A. Glikolizą
B. Cyklem Calvina
C. Cyklem Krebsa
D. Biosyntezą białka
Mocznik, który jest końcowym produktem przemian nadwyżki związków
azotowych u ssaków łożyskowych może pochodzić z przemian:
A. białek
B. cukrów prostych
C. kwasów tłuszczowych
D. wszystkich wymienionych związków
Acetylo-CoA - kluczowy związek metabolizmu
Źródło: Biologia 2. Podręcznik. Operon, 2005
PODSUMOWANIE
1. Na metabolizm składają się reakcje kataboliczne i anaboliczne
2. Reakcje metaboliczne zachodzą z udziałem katalizatorów biologicznych - enzymów
3. Podstawowym przenośnikiem energii swobodnej jest ATP
4. Źródłem energii metabolicznej jest oddychanie komórkowe
5. Oddychanie tlenowe dostarcza wielokrotnie więcej energii niż oddychanie beztlenowe
6. Głównym źródłem energii komórkowej jest glukoza, utleniana na szlaku glikolizy,
a nastepnie w cyklu Krebsa
7. Kwasy tłuszczowe są utleniane podczas β-oksydacji do acetylo-CoA
8. Aminokwasy ulegają deaminacji, a ich łańcuchy węglowe są rozkładane w cyklu
Krebsa
9. Acetylo-CoA jest związkiem kluczowym metabolizmu