METABOLISMUS CHEMOTROFŮ Dvě stránky metabolismu ATP, NAD, NADP

1. METABOLISMUS CHEMOTROFŮ • Dvě stránky metabolismu • ATP, NAD, NADP • Katabolický = energetický metabolismus • 3.1. Fermentace • 3.2. Respirace • 3.3. Katabolismus dalších látek • 3.4. Vztah ke O2 • Anabolický metabolismus = biosynthesy • Regulace metabolismu

2. Dvě stránky metabolismu Vzájemně neoddělitelné + prolínající se 1. KATABOLISMUS Převaha rozkladných procesů Produkce meziproduktů (= živiny) Hlavní varianty: fermentace, respirace !! Zisk energie pro zabezpečení funkcí: Biosynthesy Pohyb Příjem živin Teplo Bioluminiscence Elektrický potenciál Entalpie = energie uvolněná v reakci Volná entalpie – energie využitelná Entropie – energie „ztrátová“ 2. ANABOLISMUS = BIOSYNTHESY Spotřeba energie + přijatých živin + meziproduktů z katabolismu Výstup = synthesa látek Náhrada opotřebovaných Růst buněk Rozmnožování buněk

3. Významnou spojkou obou stránek metabolismu přeměny ATP Katabolismus ADP + Panorg +E ATP Anabolismus Reakce: exergonické – samovolný průběh endergonické – energii dodávat

4. ATP, NADP, NAD • ATP = adenosintrifosfát – universální přenašeč • E - uložena v energeticky bohatých vazbách • Adenosin ribosa P P P • 1) 2) 2) • 1) esterová vazba • 2) anhydridová vazba (energet. bohatá) • ADP + Panorg + E ATP • 2 hlavní varianty vzniku ATP • substrátová fosforylace (např. glykolysa) • oxidativní fosforylace (redukce NADH2) • Další př. energeticky bohatých sloučenin:acetyl-KoA, cytosinfosfát… • NAD, NADP= nikotinamidadenindinukleotid (fosfát) • universální přenašeč H mezi redox systémy • AH2 + NAD+A + NADH + H+ • B + NADH + H+BH2 + NAD+ + E • O2 často H2O

9. Fermentace Donor i akceptor H+/e: organická látka Typická pro anaerobní podmínky Název podle koncových produktů - etanolová - etanol + CO2 - mléčná – kyselina mléčná (+ případně další kyseliny+alkohol+CO2) - máselná – kyselina máselná + další kys. + alkoholy + CO2 - propionová – kyselina propionová + CO2 - acetonbutanolová – aceton + butanol + další

10. Respirace • Donor H+/e organická i anorganická látka • Akceptor H+/e anorganická látka (často O2) • úplná aerobní respirace (akceptor O2) • součástí Krebsův cyklus a dýchací řetězec • energeticky nejvydatnější – až 38 ATP

11. neuplná aerobní respirace • akceptor O2 • org. C-látka + O2 jednodušší org.C-látka + H2O + (CO2) + E • Př.: octové a citronové kvašení • (podle Pasteura nepravá kvašení) • anaerobní respirace • akceptorem O ze sloučenin • NO3- + H+ NO2- + H2O + E • denitrifikace • NO3- + H+ N2 + H2O + E • desulfurikace • SO42- + H+ S2- + H2O + E • respirace anorganických látek • (často spojována s anaerobní respirací) • akceptorem H+/e- anorganická látka (ne kyslík) • Fe3+ Fe2+ • S0 + H2 H2S • H2 + CO2 CH4 + H2O • H+ + NO3- NH4+ + H2O

12. Katabolismus dalších látek • lipidy • zdroj energie podobně jako sacharidy • Hydrolysa – vznik glycerolu a mastných kyselin • Glycerol fosforylován glykolysa • Mastné k. – βoxidace , acetyl-KoA, Krebsův cyklus • bílkoviny • Hydrolysa – proteasy (polypeptidy až aminokyseliny) – • zužitkování v anabolismu • Deaminace (transaminace) • C-skelet pyruvát, acetyl-KoA • a dále fermentace či respirace

13. Vztah ke kyslíku • významný znak při identifikaci • Aerob • vyžaduje přítomnost O2 jako akceptoru H+/e- • energetická dráha = aerobní respirace • Př.: Bacillus, Penicillium • Obligátní anaerob • O2 nevyžaduje či „toxický“ • Energetická dráha = fermentace, anaerobní respirace • Př.: Clostridium, Bacteroides, Paracoccus, Desulfovibrio • Fakultativní anaerob • může žít jak v přítomnosti tak v nepřítomnosti O2 • 2 varianty: • 1. nemění metabolismus, energetická dráha = fermentace • např.: mléčné bakterie • 2. mění metabolismus; +O2 aerobní respirace, - O2 fermentace • Př.: kvasinky • Mikroaerofilní • Vyžadují nižší parciální tlak O2 než v atmosféře

14. ANABOLISMUS Přijaté živiny, meziprodukty katabolismu + energie zužitkovány pro syntesu: 1. náhrada opotřebovaných 2. nové látky pro rozmnožování a růst

15. Asimilace N2 • postupná redukce (syntesa aminokyselin) • N2 až na 2NH4+(viz kap. živiny) • Syntesa aminokyselin • - aminace (využití NH4+) ketokyselin • frekventované AK: glutamová, asparagová • - transaminace; AK v nadbytku donorem -NH2, ketokyselina akceptorem • Syntesa bílkovin • místem syntesyribosomy = translace • účast m-RNA, t-RNA, r-RNA • Fáze: iniciace – elongace - terminace • Asimilace CO2 • Kalvinův cyklus, zpětná glykolysa • energeticky velmi náročné • Syntesa glycidů • zpětná glykolysa, dodat energii (ATP) • Syntesa DNA, RNA • předchází syntesa nukleotidů • syntesa DNA = replikace, vlákno DNAmatricí • syntesa RNA = transkripce, matricí úsek vlákna DNA

16. REGULACE METABOLISMU založeno především na regulaci enzymů Koncentrace substrátu výrazný vliv nízkých koncentrací rovnice Michaelis-Mentenové • Kompetitivní inhibice • inhibitor „soutěží“ se substrátem o aktivní místo enzymu • Vliv vnějších fyzikálně-chemických faktorů • nejrychlejší reakce při optimální úrovni:pH, teplota…. • extrémní hodnoty vedou např. k denaturaci • Množství enzymů • regulováno především úrovní ribosomální syntesy • Kompartmentace • distribuce enzymů, substrátu a metabolitů v buňce – vazba na určité bun. struktury • Allosterická regulace • inhibice či stimulace na základě ovlivnění prostorového uspořádání enzymu • Efektor se váže na regulační část enzymu atím mění konformaci místa, • určeného pro substrát

17. Zpětná vazba (feedback efekt) = inhibice enzymové reakce konečným produktem Pasteurův efekt O2 regulace metabolismu u některých fakultativních anaerobů (Saccharomyces) + O2 aerobní respirace - O2 fermentace Kyslíkový efekt O2 regulace metabolismu u některých anaerobů + O2 blokuje metabolismus či dokonce toxický Vliv kvality substrátu uplatnění konstitutivních či adaptivních enzymů Sigma faktor iniciace syntesy (transkripce) m-RNA jako matrice pro syntesu enzymu v ribosomech