Wykład 3

Wykład 3

Homeostaza

Homeostaza

energetyczna

energetyczna

organizmu człowieka

organizmu człowieka

Biochemia z biofizyką

Biochemia z biofizyką



Układy biologiczne są zasadniczo

Układy biologiczne są zasadniczo

izotermiczne i używają

izotermiczne i używają

energii

energii

chemicznej

chemicznej

do napędzania procesów

do napędzania procesów

życiowych

życiowych

Źródła energii i przepływ w biosferze:

Źródła energii i przepływ w biosferze:



fototrofy – wykorzystują światło jako

fototrofy – wykorzystują światło jako

źródło energii

źródło energii



chemotrofy – komórki czerpiące

chemotrofy – komórki czerpiące

energię z reakcji oksydoredukcyjnych

energię z reakcji oksydoredukcyjnych



autotrofy

autotrofy

–źródłem węgla jest CO

–źródłem węgla jest CO

2

2



heterotrofy

heterotrofy

– nie mogą wykorzystywać CO

– nie mogą wykorzystywać CO

2

2

i muszą otrzymywać ze środowiska węgiel w

i muszą otrzymywać ze środowiska węgiel w

postaci zredukowanej i dość złożonej np. glukozy

postaci zredukowanej i dość złożonej np. glukozy



Komórki autotroficzne są względnie

Komórki autotroficzne są względnie

samowystarczalne, zaś heterotrofy muszą żywić

samowystarczalne, zaś heterotrofy muszą żywić

się produktami wytwarzanymi przez inne

się produktami wytwarzanymi przez inne

komórki

komórki



Autotrofami są komórki fotosyntetyzujące i

Autotrofami są komórki fotosyntetyzujące i

niektóre bakterie, natomiast komórki zwierząt

niektóre bakterie, natomiast komórki zwierząt

wyższych i większość mikroorganizmów to

wyższych i większość mikroorganizmów to

heterotrofy

heterotrofy



Energia słoneczna

Energia słoneczna

wykorzystywana w

wykorzystywana w

procesie fotosyntezy – w chloroplastach

procesie fotosyntezy – w chloroplastach

powstaje

powstaje

ATP

ATP

(adenozynotrójfosforan,

(adenozynotrójfosforan,

uniwersalny nośnik energii), który bierze udział

uniwersalny nośnik energii), który bierze udział

w syntezie różnych związków organicznych.

w syntezie różnych związków organicznych.



Po pobraniu ich przez heterotrofy są one

Po pobraniu ich przez heterotrofy są one

rozkładane w procesie chemosyntezy i powstaje

rozkładane w procesie chemosyntezy i powstaje

przy tym m.in.

przy tym m.in.

ATP

ATP

i

i

NADPH

NADPH

.

.



Energia dostarczona przez chemosyntezę jest

Energia dostarczona przez chemosyntezę jest

zużytkowana na pracę mechaniczną, transport

zużytkowana na pracę mechaniczną, transport

błonowy i biosyntezę. W tych procesach uwalnia

błonowy i biosyntezę. W tych procesach uwalnia

się ciepło, co prowadzi do wzrostu entropii.

się ciepło, co prowadzi do wzrostu entropii.

Przepływ energii w biosferze

Przepływ energii w biosferze



Źródłem energii komórkowej jest

Źródłem energii komórkowej jest

energia słoneczna

energia słoneczna



Dostarczenie energii niezbędnej dla

Dostarczenie energii niezbędnej dla

życiowych funkcji komórek, zarówno u

życiowych funkcji komórek, zarówno u

roślin jak i zwierząt odbywa się kosztem

roślin jak i zwierząt odbywa się kosztem

zużywania glukozy i innych produktów

zużywania glukozy i innych produktów

fotosyntezy. Ostatecznie energia

fotosyntezy. Ostatecznie energia

słoneczna zostaje rozproszona w formie

słoneczna zostaje rozproszona w formie

nieużytecznej.

nieużytecznej.

ENERGIA SŁONECZNA

ENERGIA SŁONECZNA

FOTOSYNTEZA

ENERGIA CHEMICZNA (ATP, NADPH, glukoza)

skurcz

transport

biosynteza

ENERGIA ROZPROSZONA (ciepło, entropia)

Stadia w uzyskaniu energii ze

Stadia w uzyskaniu energii ze

składników pokarmowych -

składników pokarmowych -

katabolizm

katabolizm



Katabolizm = rozkład substancji,

Katabolizm = rozkład substancji,

któremu towarzyszy produkcja

któremu towarzyszy produkcja

energii

energii



Anabolizm = synteza substancji

Anabolizm = synteza substancji

(wraz z pobraniem energii)

(wraz z pobraniem energii)

W kataboliźmie możemy zaobserwować III

W kataboliźmie możemy zaobserwować III

główne fazy:

główne fazy:



Faza I

Faza I

–

–

rozkład hydrolityczny

rozkład hydrolityczny

(faza bezenergetyczna –

(faza bezenergetyczna –

nie zachodzi tu wytwarzanie energii)

nie zachodzi tu wytwarzanie energii)



Faza II

Faza II

–

–

faza obejmująca procesy degradacji i

faza obejmująca procesy degradacji i

przekształcenia

przekształcenia

,

,

w rezultacie których z różnorodnych

w rezultacie których z różnorodnych

produktów rozkładu hydrolitycznego fazy poprzedniej

produktów rozkładu hydrolitycznego fazy poprzedniej

zostają wytworzone wspólne pośredniki metaboliczne.

zostają wytworzone wspólne pośredniki metaboliczne.

Jest to faza częściowo energodajna – powstaje niedużo

Jest to faza częściowo energodajna – powstaje niedużo

użytecznej energii swobodnej. Jest to najbardziej pierwotny

użytecznej energii swobodnej. Jest to najbardziej pierwotny

sposób zdobywania energii.

sposób zdobywania energii.



Faza III

Faza III

–

–

cykl spalań komórkowych

cykl spalań komórkowych

- cykl Krebsa (cykl

- cykl Krebsa (cykl

kwasów trójkarboksylowych, cykl kwasu cytrynowego).

kwasów trójkarboksylowych, cykl kwasu cytrynowego).

Produkty ulegają ostatecznie utlenieniu do CO

Produkty ulegają ostatecznie utlenieniu do CO

2

2

i H

i H

2

2

O. Cykl

O. Cykl

ten dostarcza bardzo dużych ilości ATP, głównie przez

ten dostarcza bardzo dużych ilości ATP, głównie przez

fosforylację oksydatywną.

fosforylację oksydatywną.

LIPIDY

BIAŁKA

POLISACHARYDY
OLIGOSACHARYDY

Faza I

Kwasy tłuszczowe

Glicerol

Heksozy

Aminokwasy

Fosforany heksoz

Fosforany trioz

Mleczan Pirogronian

ACETYLO - CoA

Acylo-CoA

Faza II

Faza III

CYKL KREBSA

H

2

O

CO

2

α-ketokwasy

acetooctan

α-ketoglutaran

szczawiooctan

mocznik, NH

4

+

, SO

4

--

(N, S)

TYPY WIĄZAŃ

TYPY WIĄZAŃ

WYSOKOENERGETYCZNYCH

WYSOKOENERGETYCZNYCH



1.

1.

Wiązanie pirofosforanowe

Wiązanie pirofosforanowe

(np.

(np.

ATP

ATP

)

)



2.

2.

Wiązanie tioestrowe

Wiązanie tioestrowe

(np. acetylo-CoA)

(np. acetylo-CoA)



3.

3.

Wiązanie guanidynofosforanowe

Wiązanie guanidynofosforanowe

(np.

(np.

fosfokreatyna)

fosfokreatyna)



4.

4.

Wiązanie enolofosforanowe

Wiązanie enolofosforanowe

(np.

(np.

fosfoenolopirogronian)

fosfoenolopirogronian)



5.

5.

Wiązanie acylofosforanowe

Wiązanie acylofosforanowe



6.

6.

Wiązanie acylotiazolowe

Wiązanie acylotiazolowe



7.

7.

β

β

-ketokwasy

-ketokwasy

(np. acetooctan)

(np. acetooctan)

ATP

ATP

– UNIWERSALNY NOŚNIK

– UNIWERSALNY NOŚNIK

ENERGII

ENERGII

ATP =

ATP =

adenozynotrifosforan

adenozynotrifosforan

MITOCHONDRIUM – „BATERIA

MITOCHONDRIUM – „BATERIA

KOMÓRKI”

KOMÓRKI”



W skład mitochondrium wchodzi:

W skład mitochondrium wchodzi:

przepuszczalna dla większości metabolitów

przepuszczalna dla większości metabolitów

błona zewnętrzna

błona zewnętrzna

,

,

błona wewnętrzna

błona wewnętrzna

–

–

wybiórczo przepuszczalna, tworząca

wybiórczo przepuszczalna, tworząca

pofałdowane struktury zwane grzebieniami

pofałdowane struktury zwane grzebieniami

oraz substancja wypełniająca

oraz substancja wypełniająca

mitochondium –

mitochondium –

matriks

matriks



Błona wewnętrzna zawiera białka

Błona wewnętrzna zawiera białka

enzymatyczne łańcucha oddechowego

enzymatyczne łańcucha oddechowego



W matriksie znajdują się rozpuszczalne w

W matriksie znajdują się rozpuszczalne w

wodzie enzymy cyklu Krebsa i

wodzie enzymy cyklu Krebsa i

β

β

-oksydacji

-oksydacji

kwasów tłuszczowych

kwasów tłuszczowych

1. błona wewnętrzna
2. błona zewnętrzna
3. grzebień
4. macierz mitochondrialna

(matrix)

BUDOWA MITOCHONDRIUM

CYKL KREBSA

CYKL KREBSA



Całkowity efekt energetyczny jednego

Całkowity efekt energetyczny jednego

„obrotu” cyklu Krebsa to

„obrotu” cyklu Krebsa to

12 cząstek ATP

12 cząstek ATP

Z jednej cząsteczki glukozy powstaje zatem:

Z jednej cząsteczki glukozy powstaje zatem:



- w warunkach beztlenowych (poprzez

- w warunkach beztlenowych (poprzez

szlak

szlak

glikolizy beztlenowej

glikolizy beztlenowej

–

–

2 cząsteczki

2 cząsteczki

ATP

ATP



- w warunkach tlenowych –

- w warunkach tlenowych –

38 cząsteczek

38 cząsteczek

ATP

ATP