Podstawy metabolizmu

Alternatywny zapis:

wody uwalnia się energia To związek krótkotrwały - czas jego trwania w komórkach wynosi I s a podczas intensywnego wysiłku 0,5 min. Nie jest magazynowanych w komórkach! Cykel ADP-ATP - podstawowy sposób magazynowania i uwalniania energii w komórkach energia uwalniana w przemianach katabolicznych fosforylacja ADP związki proste P-P-P ATP Naprzemienne reakcje syntezy ATP 2 ADP i P (reszta fosforanowa) oraz rozkładu ATP do ADP i P (reszta fosforanowa). anabolizm hydroliza ATP ADP + P₁ katabolizm energia wykorzystywana m.in. do przemian anabolicznych związki złożone Synteza ATP jest sprzężona z reakcjami katabolicznymi. Energia uwolniona w wyniku tych reakcji zostaje wykorzystana do fosforylacji ADP czyli przyłączenia do niego reszty fosforanowej lub wolnego ortofosforanu. Powstały ATP jest szybko zużywany na potrzeby przemian anabolicznych lub innych procesów wymagających dostarczenia energii. Energia zmagazynowana w ATP zostaje uwolniona w wyniku hydrolizy tego związku czyli jego rozkładu z udziałem wody. 3. Mechanizm fosforylacji ADP Fosforylacja przyłączenie reszty fosforanowej (V) do ADP Sposoby fosforylacji: substratowa chemiosmoza Fosforylacja substratowa odłączenie reszty fosforanowej od substratu organicznego o wyższej energii (substrat wysokoenergetyczny) i przyłączenie jej do ADP efekt: powstaje ATP oraz związek organiczny o niższej energii Proces powstawania ATP z ADP nazywamy fosforylacją. 2 cząsteczki kwasu 1,3-difosfoglicerynowego 2ADP 2ATP 2 cząsteczki kwasu 3-fosfoglicerynowego Określ, jaki rodzaj fosforylacji przedstawia powyższy schemat fragmentu procesu glikolizy. Chemiosmoza synteza ATP 2 ADP i nieorganicznego fosforanu (Pi) z udziałem gradientu protonowego Fosforylacja z udziałem gradientu protonowego. Gradient protonowy różnica stężeń protonów (jonów H+) po dwóch stronach błony biologicznej. Ten typ fosforylacji zachodzi podczas fotosyntezy (chloroplasty) i oddychania komórkowego (mitochondria). błona zewnętrzna błona wewnętrzna Syntage ATP BUDOWA: Collo grana Budowa chloroplastu rotor trzonek główka kanat DNA gradient protonowy to siła napędowa źródło energii dla działania enzymatycznego kompleksu białkowego - SYNTAZY ATP stroma duży kompleks białkowy zbudowany z wielu podjednostek umocowany w poprzek błony biologicznej rybosomy ATP Funkcja: katalizuje reakcję wytwarzania ATP 2 ADP i Pi (FOSFORYLACJĘ) Mechanizm działania: Podczas reakcji przez kanał się transportowane protony. Ich ruch wywołuje szybki obrót rotora i przyczepionego do niego trzonka. Kompleks syntazy ATP jest silnikiem obrotowym na poziomie molekularnym, napędzanym przepływem protonów F₁ Inside Outside elektron o niskiej energii b₂ elektron o wysokiej energii (A) H+ ab₂ Stator O B H+ 3.Podjednostki w szczytowej części główki przyłączają wolny ortofosforan do ADP. Dochodzi do przetwarzania energii mechanicznej w chemiczną cząsteczek ATP. Wydajność syntazy: I s około 100 cząsteczek ATP 0000 000 C12 Rotor Gradient protonowy: wytwarzany w poprzek błon biologicznych dzięki działaniu błonowych pomp protonowych ATP jony H* (protony) 00 ADP + P Lipid bilayer ETAP 1: TRANSPORT ELEKTRONÓW NAPĘDZA POMPĘ, KTÓRA POMPUJE PROTONY NA DRUGĄ STRONĘ BŁONY Gradient protonowy powstaje dzięki transportowi elektronów przez szereg przenośników, które są zlokalizowane w wewnętrznej błonie komórkowej. Elektrony są obdarzone dużą energią, która jest wykorzystana przez pompy protonowe do transportu protonów wbrew gradientowi stężeń (z przedziatu 2 do przedziału 1). Kiedy stężenie protonów w przedziale I osiągnie wysokie wartości, przepływają one z powrotem do przedziału 2. Tym razem transport protonów zachodzi zgodnie z gradientem stężeń przez kanał syntazy ATP. W rezultacie powstaje ATP. H* (A) H H H H H* A H* H" SYNTEZA ATP + wewnętrzna blona mitochondrialna MATRIKS ADP +P B ATP H* (B) H* H* H H* H H C + H Kiedy zachodzi? a) oddychanie tlenowe - f. oksydacyjna (gradient protonowy: poprzek wewnętrznej błony mitochondrialnej) b) fotosynteza - f. fotosyntetyczna (gradient protonowy: poprzek błon tylakoidów) -e (utlenienie) H 4. Reakcje utleniania - redukcji H* HYDROLIZA ATP reakcje redoks wymiana elektronów między dwiema substancjami reduktor: oddaje elektrony (utlenienie) utleniacz: przyjmuje elektrony (redukcja) +e (redukcja) H* D ADP w komórce mogą się odbywać dzięki udziałowi zw. pośrednich są to uniwersalne przenośniki elektronów należą do nich: NAD+ NADP+ FAD NAD+ dinukleotyd nikotynoamidoadeninowy NADP+ fosforan dinukleotydu nikotynoamidoadeninowy FAD Reakcje utleniania - redukcji dinukleotyd flawinoadeninowy O=P-O NAD+ OH OH OH OH NH₂ NH₂ O=P-O. protony = H+ NADH OH OH Forma zredukowana: dawcy elektronów towarzyszy temu odłączanie protonów OH OH NAD+ i FAD - przemiany kataboliczne; NADP+ - przemiany anaboliczne Uniwersalne przenośniki elektronów występują w dwóch formach: utlenionej i zredukowanej. Forma utleniona: biorcy elektronów towarzyszy temu przyłączanie protonów NH₂ NH₂ Utlenione przenośniki elektronów przyjmują elektrony od utlenianych zw. chemicznych ulegają redukcji NAD+ + 2e + H+ → NADH NADP+ + 2e + H+ → NADPH FAD + 2e + 2 H+ → FADH₂ Zredukowane przenośniki elektronów oddają pobrane elektrony na związki redukowane ulegają utlenieniu NADH →NAD + 2e + H+ NADPH NADP+ + 2e + H+ FADH₂ → FAD + 2e + 2 H+ 5. Szlaki i cykle metaboliczne w komórce pojedyncze reakcje chemiczne zachodzą bardzo rzadko zazwyczaj są one połączone w ciągi reakcji chemicznych: szlaki metaboliczne cykle metaboliczne Szlaki metaboliczne obejmują ciąg reakcji tylko w jednym kierunku prowadzą do syntezy lub rozkładu substancji S E1 E2 E3 E4 E6 A B➡ CD *E*P E5 S-substrat A, B, C, D, E - produkty pośrednie P - produkt Cykle metaboliczne -Szlaki i cykle metaboliczne -cykle przemian metabolicznych -zamknięte ciągi reakcji chemicznych -jeden z produktów reakcji końcowej cyklu jest substratem dla pierwszej reakcji kolejnego cyklu 6. Regulacja przebiegu szlaków metabolicznych -reakcje metaboliczne w odp. na sygnał -nośnikiem sygnału cząsteczki chemiczne neuroprzekaźniki - hormony - większość cząsteczek sygnałowych nie wnika do komórki ich sygnał odbiera receptor w błonie komórkowej glikogen glukoza oooo glikogen transporter glukozy-4 glukoza insulina błonowy receptor insulinowy pirogronian kwasy tłuszczowe Sygnał przekazywany jest do wnętrza komórki i interpretowany. Przekazywanie jest wieloetapowe - wzmocnienie lub zahamowanie sygnału na każdym etapie. Szybka reakcja na zmiany zachodzące w otoczeniu komórki. transporter glukozy-4 Efekt: następuje odpowiedź np. uruchomienie szlaku syntezy czy rozkładu www mm m insulina błonowy receptor insulinowy m ~~ n pirogronian kwasy tłuszczowe