obecn metabolismus n.
Download
Skip this Video
Loading SlideShow in 5 Seconds..
Obecný metabolismus PowerPoint Presentation
Download Presentation
Obecný metabolismus

Loading in 2 Seconds...

play fullscreen
1 / 69

Obecný metabolismus - PowerPoint PPT Presentation


  • 227 Views
  • Uploaded on

Obecný metabolismus. Metabolismus: Základní pojetí a obsah pojmu. Cesty přenosu signálu: Úvod do metabolismu informace. Regulace metabolických drah: Glykolýza a glukoneogeneze. Glykogen. Cyklus trikarboxylových kyselin. Oxidatívní fosforylace.

loader
I am the owner, or an agent authorized to act on behalf of the owner, of the copyrighted work described.
capcha
Download Presentation

PowerPoint Slideshow about 'Obecný metabolismus' - zody


An Image/Link below is provided (as is) to download presentation

Download Policy: Content on the Website is provided to you AS IS for your information and personal use and may not be sold / licensed / shared on other websites without getting consent from its author.While downloading, if for some reason you are not able to download a presentation, the publisher may have deleted the file from their server.


- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - E N D - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -
Presentation Transcript
obecn metabolismus

Obecný metabolismus

Metabolismus: Základní pojetí a obsah pojmu.

Cesty přenosu signálu: Úvod do metabolismu informace.

Regulace metabolických drah:

Glykolýza a glukoneogeneze. Glykogen.

Cyklus trikarboxylových kyselin.

Oxidatívní fosforylace.

Calvinův cyklus a metabolismus fosfátů pentos.

Metabolismus mastných kyselin

Obrat aminokyselin a jejich biosyntéza a katabolismus.

metabolismus
METABOLISMUS
  • Řešení dvou základních otázek
  • 1. Jak buňky získávají energii a redukční sílu

ze svého okolí ?

  • 2. Jak buňky syntetizují základní stavební

kameny makromolekul a poté samotné

makromolekuly ?

  • Oba procesy probíhají jako vysoce organizované chemické reakce - metabolismus.
bu ky vyu vaj r zn typy energi
Buňky využívají různé typy energií
  • - pro mechanický pohyb
  • - k aktivnímu transportu molekul a iontů
  • - k syntéze makromolekul z jednoduchých prekurzorů
  • Volná energie využívané při těchto procesech se získává z vnějšího prostředí
  • První zákon termodynamiky
fotosyntetyzuj c organismy energetick z klad ivota na zemi
Fotosyntetyzující organismy – energetický základ života na Zemi
  • Fototrofní organismy – přeměna světelné energie na energii chemických sloučenin.
  • Chemotrofní organismy – získávají chemickou energii oxidací chemických sloučenin vytvořených fototrofy.
  • Metabolismus nebo intermediární metabolismus –

v buňkách probíhá v každém okamžiku tisíce transformací energie. Energie je uvolňována z energeticky bohatých sloučenin a využita k biosyntetickým procesům.

slide7
Spřažené reakce
  • Termodynamicky nevýhodná reakce je poháněna exergonní reakcí. Obvykle přenos fosfátu z ATP.
  • Kapitola 14 – pohyblivé schéma.
hydrol za atp posunuje rovnov hu sp a en ch reakc
Hydrolýza ATP posunuje rovnováhu spřažených reakcí
  • Termodynamicky nevýhodná reakční sekvence může být převedena na výhodnou spojením s potřebným množstvím molekul ATP v nové reakci

(fosforylace substrátů).

strukturn z klady vysok ho potenci lu p enosu fosf tu atp
Strukturní základy vysokého potenciálu přenosu fosfátu ATP
  • Glycerol-3-fosfát + voda = glycerol + fosfát
  • - 9, 2 kJ.mol
  • ATP + voda = ADP + fosfát + H

- 30, 5 kJ.mol

Rozdíly: rezonanční stabilita; elektrostatické odpuzování; stabilizace hydratací.

celkov voln energie chemick reakce je sou tem voln ch energi d l ch reakc
Celková volná energie chemické reakce je součtem volných energií dílčích reakcí
slide13

Termodynamicky nevýhodná reakce ve spojení s hydrolýzou ATP: A + ATP + H2O = B + ADP + Pi + H+D Go´= - 13, 8 kJ.mol-1Rovnovážná konstanta spřažené reakce:

slide14
Obecně nATP mění rovnováhu reakce násobkem 108n.
  • Potenciál ATP se může uplatnit např. při přenosu fosfátu na protein (enzym), který je takto aktivován nebo při aktivním transportu látek přes membránu jako je např. symport Na+ a K+ při kterém je fosforylcí aktivována Na+ - K+ pumpa.
jak je strukturn z klad vysok ho potenci lu p enosu fosf tu atp
Jaký je strukturní základ vysokého potenciálu přenosu fosfátu ATP ?
  • Změna standardní volné energie závisí na rozdílu volných energií produktů a reaktantů, tedy na jejich struktuře.
  • Zkoumáme ADP a Pi jako produkty hydrolýzy ATP a ATP jako reaktant.
  • Tři podstatné faktory :
  • - rezonanční stabilita
  • - ektrostatické odpuzování
  • - stabilizace hydratací
  • ADP a Pi mají větší rezonannční stabilitu než ATP. Orthofosfát má řadu resonančních struktur, kdežto g-fosfátová skupina ATP menší počet.
  • Při pH 7 má trifosfát čtyři záporné náboje, které se odpuzují. Po hydrolýze ATP repulze mizí!
  • Voda se váže mnohem efektivněji na Pi a ADP než na fosfoanhydridové vazby ATP. Stabilizace ADP a Pi hydratací !!
slide22

Sloučeniny s vysokým potenciálem přenosu fosfátu – mohou fosforylovat ADP za tvorby ATP. ATP je meziprodukt mezi těmito vysokoenergetickými sloučeninami a sloučeninami s nižším potenciálem.

kreatinfosf t z soba energie sval obratlovc
Kreatinfosfát – zásoba energie svalů obratlovců.
  • Kreatinfosfát slouží u obratlovců jako zásoba svalové energie sloužící k regeneraci ATP z ADP za katalýzy kreatinkinasou:
  • Kreatinfosfát + ADP + H+ = ATP + kreatin
  • Při pH = 7 je D Go´ = - 43, 1 kJ/mol (hydrolýza kreatinfosfátu).
  • Ve srovnání s hydrolýzou ATP (-30,5 kJ/mol) je celková změna rovna – 12,6kJ/mol což odpovídá rovnovážné konstantě = 162.
  • Keq= [ATP] [kreatin] / [ADP] [kreatinfosfát] = 10DG(stand) / (2,303 RT) =103/1,36 = 162.
  • Koncentrace v odpočívajícím svalu:
  • [ATP] = 4 mM, [ADP] = 0, 013 mM, [kreatinfosfát] = 25 mM a [kreatin] = 13 mM.
slide26

Oxidace uhlíkatých sloučenin je důležitým zdrojem

buněčné energie.

  • V typické buňce se ATP spotřebuje do půl minuty po tvorbě. Celkové množství ATP v těle je limitováno 100 g, jeho obrat je vysoký.
  • Odpočívající člověk spotřebuje asi 40 kg ATP/den. Při intenzivní práce to může být až 0, 5 kg/min. Při 2 hod běhu se spotřebuje 60 kg ATP.
  • Tvorba ATP je primární rolí katabolismu.
  • U aerobních organismů je elektronovým akceptorem při oxidaci kyslík a produktem CO2.
slide30
Fosfáty s vysokým potenciálem spojují oxidaci uhlíku s tvorbou ATP. Jako příklad – glyceraldehyd-3-fosfát.
slide33
Tři stádia katabolismu.
  • 1. Velké molekuly se štěpí na menší jednotky.
  • 2. Množství malých molekul se odbourává na několik jednoduchých, které hrají centrální roli

v metabolismu. Např. acetyl CoA.

  • 3. Kompletní oxidací acetyl CoA se vytváří ATP, CO2 a voda.
v metabolick ch drah ch je mnoho se opakuj c ch motiv
V metabolických drahách je mnoho se opakujících motivů.
  • 1. Aktivovaní přenašeči elektronů pro oxidaci energeticky bohatých sloučenin (substrátů)
  • 2. Aktivovaní přenašeči elektronů k reduktivním biosyntézám.
  • 3. Aktivovaní přenašeči dvojuhlíkatých štěpů
  • 4. Další různí přenašeči (tabulka)
  • Kinetická stabilita těchto molekul umožňuje bez přítomnosti katalyzátorů jejich biologické funkce a enzymovou kontrolu toku volné energie a redukční síly
donorem elektron p i mnoha biosynt z ch je nadph nap biosynt za mastn ch kyselin
Donorem elektronů při mnoha biosyntézách je NADPH. Např. biosyntéza mastných kyselin
aktivovan nosi dvojuhl kat ch t p a acyl coash acetyl coa h 2 o acet t coa h d g o 31 4 kj mol
Aktivovaný nosič dvojuhlíkatých štěpů a acylů CoASH.Acetyl CoA + H2O = acetát + CoA + H+. D Go´ = - 31, 4 kJ/mol.
typy chemick ch reakc v metabolismu
Typy chemických reakcí v metabolismu
  • Typ reakce Popis
  • Oxidačně-redukční Přenos elektronů
  • Tvorba vazeb za účasti ATP Tvorba kovalentních vazeb
  • Izomerizace Přemístění atomů, tvorba izomerů
  • Přenos skupin Přenos funkčních skupin z jedné molekuly na druhou
  • Hydrolýza Štěpení vazby adicí vody
  • Adice a odstranění funkčních sk. Adice na dvojnou vazbu a odštěpení funkční skupiny za tvorby dvojné vazby
adice funk n skupiny na dvojnou vazbu nebo od t pen funk n skupiny za tvorby dvojn vazby lyasy
Adice funkční skupiny na dvojnou vazbu nebo odštěpení funkční skupiny za tvorby dvojné vazby (lyasy)
slide52
Regulace metabolických procesů.
  • 1. Hladinou (množstvím) enzymů.
  • 2. Katalytickou aktivitou enzymů.
  • 3. Dostupností substrátů.
  • 1. Rychlost syntézy a odbourávání, změna rychlosti transkripce.
  • 2. Aktivita enzymů: reversibilní allosterická kontrola, inhibice produktem, kovalentní modifikace, hormony.
  • 3. Kontrola vstupu substrátů do kompartmentu buňky.
  • Obecným principem regulace je kompartmentizace – oddělení dvou protichůdných dějů membránou.
  • Řada reakcí je regulována energetickým nábojem v buňce.
  • ATP generované katabolismem je inhibováno energetickým nábojem, ATP spotřebovávané anabolismem je stimulováno energetickým nábojem.
energetick n boj bu ky
Energetický náboj buňky
  • Energetický náboj = [ATP] + ½ [ADP] / [ATP] + [ADP] + [AMP].
  • ATP obsahuje dvě anhydridové vazby, ADP jednu.
  • Energetický náboj buňky je v rozmezí 0 až 1. (U většiny buněk od 0, 80 do 0, 95).
  • Vnitrobuněčná koncentrace ATP

se udržuje v rozmezí 2 – 10 mM.

Koncentrace ADP a Pi jsou variabilní.

  • Při typické koncentraci

[ATP] = 3, 0 mM,

konc. [ADP] = 0, 8 mM

konc.[ Pi]= 4 mM je volná energie hydrolýzy ATP při 37oC:

slide54
Volná energie hydrolýzy ATP při 37o C (pokračování):

DG = D G o´ + RT ln [ADP] .[ Pi]/ [ATP] = - 30, 5 kJ.mol-1 + (8, 3145 J. K-1.mol-1)(310 K) ln[( 0, 8 x 10-3 M).

(4, 0 x 10-3 M) / 3, 0 x 10-3M)] = (-30, 5 kJ.mol - 17, 6 kJ.mol) = - 48, 1 kJ.mol-1

slide55

Regulace metabolismu energetickým nábojem. Vysoká koncentrace ATP inhibuje rychlost katabolických dějů při kterých se ATP vytváří a stimuluje děje anabolické.

evoluce metabolick ch drah
Evoluce metabolických drah.
  • Aktivovaní přenašeči jako ATP, NADH, FADH2 a koenzym A obsahují adenosin difosfátovou jednotku.
  • Pravděpodobně se odvozují od prvtního RNA katalyzátoru – robozymu.
loha kreatinfosf tu ve svalech
Úloha kreatinfosfátu ve svalech
  • Kreatinfosfát(KP) + ADP kreatinkinasaATP + kreatin (K)
  • Při pH 7 je stand. volná energie hydrolýzy KP – 43, 1 kJ/mol.
  • Pro tvorbu ATP z ADP a KP je sve
  • -12, 6 kJ/mol. Což odpovídá rovnovážné konstantě = 162.
  • Typické koncentrace v odpočívajícím svalu: [ATP] = 4 mM; [ADP]= 0, 013 mM; [KP] = 25 mM a [K] = 13 mM.
  • KP je jediný zdroj regenerace ATP při prvních 4 sek. Běhu na 100 m.