Život je džungle. Člověk se pořád za něčím honí.

Maturitní otázky-20 (2.část)

2. března 2007 v 9:21

Oxidační (aerobní) fosforylace

Ø přenosem vodíku z redukovaných koenzymů až na kyslík respiračním řetězcem se uvolní energie
Ø na každý pár elektronů, který projde respiračním řetězcem, tzn. na každou molekulu NADH, se uvolní tolik energie, že na třech místech může být fosforylováno ADP na ATP - oxidační (aerobní) fosforylace
Ø resp. řetězec a oxidační fosf. jsou spojené (spřažené) procesy, probíhají na membráně mitochondrie, kde je lokalizován enzym katalyzující fosforylaci ADP na ATP
Ø energie uvolněná přenosem vodíku a elektronů v respiračním řetězci je právě využita k tvorbě ATP: ADP + P ATP
Ø energie "konzervovaná" v molekulách ATP "pohání" buněčné procesy, ATP se spotřebovává k práci chemické (syntéza látek), popř. osmotické (transport látek membránami) i k práci mechanické (stah svalů,…)

Metabolismus sacharidů

Odbourávání sacharidů

Ø nejdůležitějším dodavatelem energie pro heterotrofy jsou sacharidy - jejich oxidací až na oxid uhličitý a vodu se u aerobů získává energie ve formě ATP
Ø úplnou reakci glukosy vystihuje rovnice: C6H12O6 + 6 O2 CO2 + 6 H2O
Ø v aerobních buňkách lze tyto reakce rozdělit do tří stupňů
1. Glykolýza - glukosa (C6) pyruvát (C3)
2. Aerobní oxidacepyruvátu - pyruvát se oxiduje na acetylkoenzym A
3. Citrátový cyklus - acetylkoenzym A se dále aerobně oxiduje až na oxid uhličitý a vodu

Glykolýza

Ø enzymy, které katalyzují reakce glykolýzy, jsou lokalizovány v cytoplazmě buněk
Ø glykolýza začíná fosforylací molekuly glukosy (polysacharidy se na glukosu nejprve štěpí postupně až na difosfohexosu - na to se spotřebují dvě molekuly ATP
Ø difosfohexosa se štěpí na dvě molekuly triofosfátu - při jejich přeměně na molekuly pyruvátu se uvolněným fosfátem fosforylují dvě molekuly ADP na ATP a uvolní se dva atomy vodíku, které redukují dvě molekuly NAD+
Ø má-li buňka dostatek kyslíku, pyruvát přechází z cytoplazmy do mitochondrie a oxiduje se na acetylkoenzym A - katalyzováno komplexem enzymů - dekarboxylace pyruvátu
pyruvát koenzym A acetylkoenzym A

Citrátový (Krebsův) cyklus

Ø označení pro sled reakcí, jimiž se acetyl CoA (který vznikl např. z glukosy mění na oxid uhličitý a vodu
Ø enzymy, které katalyzují reakce citrátového cyklu, jsou lokalizovány v mitochondriích, současně se tvoří ATP a redukované koenzymy
a) acetylkoenzym A (C2) a oxalacetát (C4) spolu reagují za vzniku citrátu (C6)
b) molekula citrátu se zkrátí o dva atomy uhlíku a ty jsou oxidovány až na oxid uhličitý
c) nakonec se opět obnoví oxalacetát (C4) a do cyklu může vstoupit další molekula acetyl koenzymu A (C2)
Ø oxidací jedné molekuly acetylkoenzymu A tedy vzniknou dvě molekuly CO2
Ø současně se tvoří jedna molekula ATP a čtyři molekuly redukovaných koenzymů (3 NADH a 1 FADH)
Ø redukované koenzymy mohou být reodixovány v dýchacím řetězci, který je také lokalizován v mitochondriích, a tak poskytnout další molekuly ATP
Ø celkem se odbouráním jedné molekuly glukosy glykolýzou a citrátovým cyklem získá 38 molekul ATP

Kvašení (fermentace)

Ø nemá-li buňka přísun kyslíku, nemohou být redukované koenzymy (NADH, FADH) oxidovány reakcemi dýchacího řetězce, protože chybí konečný akceptor elektronů - kyslík
Ø za těchto podmínek se zcela zastaví reakce respiračního řetězce, hromadí se redukované koenzymy a zastaví se i reakce citrátového cyklu, protože i ty potřebují koenzym v oxidovaném stavu
Ø jediný způsob, jak může za nedostatku kyslíku vznikat ATP, je glykolýza, při níž je glukosa odbourávána anaerobně na pyruvát, obnovu oxidovaného NAD+ zajišťuje reakce: CH3COCOO- + NADH + H+ CH3CHOHCOO- + NAD+
pyruvát laktát
Ø tento děj, ve kterém se glukosa odbourává na laktát (kyselinu mléčnou) se nazývá mléčné kvašení
Ø reakce zajišťuje reoxidaci redukovaných koenzymů, oxidované koenzymy jsou potřebné pro reakce glykolýzy
Ø z glukosy přitom vzniká tříuhlíkatá sloučenina, která obsahuje ještě značnou část za těchto podmínek nevyužitelné energie
Ø zatímco za přístupu kyslíku při odbourání jedné molekuly glukosy vznikne 38 molekul ATP, při mléčném kvašení připadají na jednu molekulu glukosy pouze 2 molekuly ATP
Ø konečným produktem štěpení glukosy bez přístupu kyslíku nemusí být vždy laktát, např. kvasinky za anaerobních podmínek nejprve odštěpují CO2 z pyruvátu, tak vznikne acetaldehyd a ten je teprve redukován NADH, konečným produktem těchto reakcí je ethanol - ethanolové kvašení:
pyruvát acetaldehyd ethanol
glukosa nebo jiné sacharidy, které nejsou okamžitě využity jako zdroj energie, se v organismu ukládají ve formě polysacharidů - glykogenu u živočichů a škrobu u rostlin

Regulace metabolismu

Ø regulace metabolismu = vzájemná vyváženost rychlostí biochemických reakcí v závislosti na podmínkách vnitřního a vnějšího prostředí
Ø regulátory chem. procesů v buňkách vyšších organismů jsou hormony - když hormon dospěje k cílové buňce, váže se na specifické bílkoviny na jejím povrchu - receptory
Ø např. komplex receptor-hormon aktivuje enzym adenylátcyklasu, který je na vnitřní straně buněčné membrány, tento enzym katalyzuje tvorbu cyklického adenosinmonofosfátu (cAMP) z ATP, cyklický AMP pak funguje jako alosterický efektor (aktivátor nebo inhibitor) některých enzymů, které se již přímo účastní metabolismu uvnitř buňky
Ø hormon je v tomto smyslu označován jako první zprostředkovatel (messenger) a cAMP jako druhý zprostředkovatel

Metabolismus lipidů

Funkce lipidů

Ø lipidy tvoří základní stavební jednotky buněčných membrán, jsou i vydatným zdrojem energie
Ø podle funkce v organismu se dělí na dvě skupiny:
§ zásobní (depotní) lipidy - hromadí se v tukových tkáních, obklopují některé důležité orgány - mají tedy navíc i funkci ochrannou - ochrana proti nárazu nebo proti chladu, chemicky to jsou acylglyceroly, většinou triacylglyceroly, v menší míře diacylglyceroly nebo monoacylglyceroly (glyceridy)
§ tkáňové (pracovní) lipidy - jsou stavební složkou buněčných membrán, chemicky jde většinou o lipidy složené, především fosfolipidy a glykolipidy

Mobilizace lipidů

Ø potřebuje-li organismus energii, vždy využije nejprve sacharidy - mozek nebo svaly
Ø ještě dříve, než je glykogen úplně vyčerpán, začnou se v některých orgánech (zvláště v játrech nebo klidových svalech) štěpit lipidy
Ø zbytek glykogenu je rezervován pro nervovou tkáň, která vyžaduje konstantní přísun glukosy
Ø štěpení lipidů podobně jako štěpení glukosy je stimulováno hormonem adrenalinem z dřeně nadledvinek (první zprostředkovatel) - ten v tukových tkáních stimuluje (podněcuje) tvorbu cAMP (druhý zprostředkovatel), který funguje jako alosterický aktivátor enzymu lipasy
Ø lipasa - enzym katalyzující štěpení tuků na mastné kyseliny a glycerol
triacylglycerol glycerol mastné kyseliny

Oxidace mastných kyselin

Ø mastné kyseliny jsou oxidovány v mitochondriích, dostanou se tam je vázané na koenzym A - ve formě acylkoenzymu A (reakce vyžaduje jednu molekulu ATP):
R-COOH + HS-CoA R-CO-S-CoA + H2O
Ø v mitochondriích jsou mastné kyseliny odbourávány aerobním procesem - β-oxidace
Ø dvěma postupnými oxidacemi (dehydrogenacemi) je z acylkoenzymu A odštěpena molekula acetylkoenzymu A (C2) a zbude acylkoenzym A, jehož acyl je o dva uhlíkové atomy kratší, ten opět vstoupí do cyklu
Ø cyklus β-oxidace se opakuje tak dlouho, dokud není molekula mastné kyseliny úplně rozštěpena na dvouuhlíkaté štěpy - acetyl-CoA
Ø proces odbourávání mastných kyselin se nazývá Lynenova spirála
Ø kromě molekul acetyl-CoA vznikají odbouráváním mastné kyseliny redukované koenzymy
Ø za aerobních podmínek je acetyl-CoA oxidován dále v citrátovém cyklu na CO2 a H2O stejně jako acetyl-CoA vzniklý degradací sacharidů
Ø redukované koenzymy pak ještě předají vodík reakcemi respir. řetězce až na kyslík
Ø například rozštěpením jedné molekuly kys. palmitové (C16) na oxid uhličitý a vodu se uvolní 129 molekul ATP

Syntéza mastných kyselin

Ø odbourávání i syntéza mastných kyselin probíhají spirálovitě, ale nejde o protichůdné procesy, jsou katalyzovány různými enzymy a lokalizovány na různých místech v buňce - syntéza v cytoplazmě, oxidace v mitochondriích
Ø syntéza vyžaduje značný přísun energie ve formě ATP a redukovaných koenzymů
Ø syntézu kys. palmitové lze vyjádřit celkovou rovnicí:
8 CH3CO-S-CoA + 7 ATP + 14 NADPH + H2O H3(CH2)14COOH + 8 CoA-SH + 14 NADP+ + 7 P
Ø vznikající mastné kys. jsou vestavěny do tuků a olejů (acylglycerolů) a skladují se v tukových tkáních
Ø lipidy jsou "koncentrovanější" formou skladování energie ve srovnání se sacharidy

Vztah metabolismu lipidů a sacharidů

Ø lipidy i sacharidy jsou odbourávány na acetyl-CoA, který je klíčovou sloučeninou v metabolismu těchto látek
Ø vzniklý acetyl-CoA může být dále metabolizován několika cestami - v citrátovém cyklu a dýchacím řetězci může být oxidován na CO2 a H2O když buňka potřebuje energii
Ø acetyl-CoA může být využit též jako stavební jednotka pro syntézu mastných kyselin
Ø jestliže má organismus dostatek sacharidů i energie, mohou se ze sach. tvořit i lipidy

Metabolismus bílkovin

Ø proteiny se v organismu jednak neustále hydrolyticky štěpí (proteolýza), jednak se znovu tvoří (proteosyntéza)
Ø hydrolýza bílkovin z potravy na složky - aminokyseliny (trávení bílkovin) probíhá u člověka v žaludku a v tenkém střevě
Ø hydrolýzu katalyzují enzymy produkované buňkami žaludeční stěny (pepsin) a slinivky břišní (trypsin a chymotrypsin)
Ø trávicí enzymy se tvoří v neaktivní formě (jako tzv. zymogeny) a teprve v okamžiku potřeby jsou aktivovány
Ø pepsin, trypsin a chymotrypsin patří mezi endopeptidasy, protože katalyzují štěpení peptidové vazby uvnitř peptidového řetězce, jejich působením se molekula bílkovin rozštěpí na kratší peptidy
Ø úplné rozštěpení molekuly bílkoviny až na aminokyseliny dokončí exopeptidasy, které štěpí peptidový řetězec od konce: karboxypeptidasy od C-konce peptidu a aminopeptidasy od N-konce peptidu, poslední dipeptid je rozštěpen enzymem dipeptidasou
Ø štěpení i syntéza bílkovin probíhá v buňkách organismů neustále, proteolytické enzymy jsou lokalizovány v lysozómech
Ø aminokyseliny zniklé hydrolýzou bílkovin tvoří zásobu, kterou může organismus využít několika způsoby
a) přímo k syntéze bílkovin tělu vlastních
b) jako akumulátor energie, která se může uvolnit odbouráváním v citrátovém cyklu až na oxid uhličitý a vodu, v tom případě je dusík aminokyselin z organismu vylučován - např. ve formě amoniaku (mořské organismy), močoviny (živorodí) nebo kys. močové (vejcorodí), rostliny uskladňují dusík ve formě zvláštních aminokyselin a dusíkatých bází, např. alkaloidů
c) k tvorbě zásobních látek (glykogenu nebo lipidů)
Ø 12 z proteinogenních aminokyselin si člověk dovede syntetizovat - neesenciální (postradatelné), zbývajících 8 aminokyselin však syntetizovat neumí, musí mu být dodávány v potravě v dostatečném množství - esenciální (nepostradatelné): leucin, isoleucin, threoinin, lysin, methionin, fenylalanin, tryptofan, valin
 

Buď první, kdo ohodnotí tento článek.

Nový komentář

Přihlásit se
  Ještě nemáte vlastní web? Můžete si jej zdarma založit na Blog.cz.
 

Aktuální články

Reklama