1 / 69

Obecný 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.

zody
Download Presentation

Obecný metabolismus

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. Content is provided to you AS IS for your information and personal use only. Download presentation by click this link. While downloading, if for some reason you are not able to download a presentation, the publisher may have deleted the file from their server. During download, if you can't get a presentation, the file might be deleted by the publisher.

E N D

Presentation Transcript


  1. 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.

  2. 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.

  3. 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

  4. 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.

  5. Metabolismus glukosy - glykolýza

  6. Metabolické dráhy

  7. Spřažené reakce • Termodynamicky nevýhodná reakce je poháněna exergonní reakcí. Obvykle přenos fosfátu z ATP. • Kapitola 14 – pohyblivé schéma.

  8. 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).

  9. 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.

  10. Celková volná energie chemické reakce je součtem volných energií dílčích reakcí

  11. Možné typy hydrolýzy ATP

  12. Termodynamicky nevýhodná reakce (25oC)

  13. 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:

  14. 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.

  15. Glycerol-3-fosfát + H2O = Glycerol + PiD Go´= - 9, 2 kJ.mol-1

  16. 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 !!

  17. Resonanční struktury orthofosfátu

  18. Nepravděpodobná resonanční struktura – dva atomy P s pozitivním nábojem vedle sebe.

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

  20. Změna standardní volné energie hydrolýzy vybraných fosfátových sloučenin.

  21. 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.

  22. Zdroje ATP během tělesného cvičení.

  23. 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.

  24. ATP – ADP cyklus

  25. Volná energie oxidace jednoduchých uhlíkatých sloučenin.

  26. Mastné kyseliny a sacharidy jsou největšími zdroji energie. Proč ?

  27. Fosfáty s vysokým potenciálem spojují oxidaci uhlíku s tvorbou ATP. Jako příklad – glyceraldehyd-3-fosfát.

  28. Tvorba ATP na úrovni substrátu !!!!

  29. Protonové gradienty.

  30. 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.

  31. Tři stupně katabolismu.

  32. 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

  33. Vybraní aktivovaní přenašeči v metabolismu a jejich prekurzory

  34. Struktury reaktivních částí FAD a FADH2

  35. Donorem elektronů při mnoha biosyntézách je NADPH. Např. biosyntéza mastných kyselin

  36. Aktivovaný nosič dvojuhlíkatých štěpů a acylů CoASH.Acetyl CoA + H2O = acetát + CoA + H+. D Go´ = - 31, 4 kJ/mol.

  37. Proč je thioester termodynamicky výhodnější než kyslíkatý ester ?

  38. 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

  39. Oxidačně-redukční reakce. Obě reakce jsou součástí citrátového cyklu

  40. Karboxylace – tvorba vazby C – C za účasti ATP. Pyruvátkarboxylasa.

  41. Izomerace

  42. Přenos skupin – přenos fosfátu.

  43. Hydrolýza – peptidasy, proteasy.

  44. Adice funkční skupiny na dvojnou vazbu nebo odštěpení funkční skupiny za tvorby dvojné vazby (lyasy)

  45. Dehydratace

More Related