Transcript
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
