Anabolizm- wszystkie reakcje syntez związków bardziej złożonych z prostszych, wymaga dostarczenia energii. Energia dostarczana do przemian umożliwia zmianę poziomu energetycznego związku w czasie procesu chemicznego. Powstałe produkty reakcji zawierają więcej energii od substratów. Energia ta zostaje związana w postaci wiązań chemicznych. Do tej grupy przemian zaliczamy reakcje biosyntezy białka, lipidów, kwasów tłuszczowych i innych złożonych związków organicznych (fotosynteza, synteza lipidów).
Katabolizm- zespół procesów chemicznych, w czasie których następuje obniżenie poziomu energetycznego substratów na skutek ich rozkładu na związki proste z wydzieleniem energii. Uwolniona energia wyzwala się podczas rozrywania wiązań zawartych w wysokoenergetycznych substratach. Podstawowym procesem katabolizmu jest oddychanie. W procesie tym energia zawarta w związkach organicznych (głównie węglowodany) uwalnia się, a powstałe drobnocząsteczkowe produkty (CO2, H2O) są znów na niskim poziomie energetycznym.
Substraty energetyczne-
Węglowodany związki organiczne złożone z C, H i O w stos 1:2:1. (CH2O)n. Funkcje: spełniają funkcje energetyczne (źródło energii), magazynują energię (materiał zapasowy), składniki ścian komórkowych u roślin (element budulcowy), wchodzą w skład innych związków (kwasy nukleinowe, glikoproteiny).
Lipidy- zbudowane z H, O i C. Funkcje: źródło energii, strukturalne elementy błon plazmatycznych, niektóre z nich są ważnymi hormonami, strategiczne magazyny energii chemicznej.
Białka- zbudowane z aminokwasów.
Beta-oksydacja kwasów tłuszczowych - proces spalania kwasów tłuszczowych, odbywający się wewnątrz mitochondriów. Podczas b-o kwasy tłuszczowe są rozkładane na fragmenty dwu C. Każdy z tych fragmentów łączy się z coA, tworzy acetylo-coA i jest dalej utleniany w cyklu kwasu cytrynowego. Oprócz tego atomy H uwolnione podczas rozkładu cząsteczek kwasów tłuszczowych są przenoszone na e łańcucha oddechowego.
Glikoliza i jej przebieg w warunkach tlenowych i beztlenowych- w warunkach tlenowych dehydrogenaza pirogronianowa przekształca pirogronian w acetylo-CoA, a następnie wchodzi do cyklu kwasu cytrynowego. W warunkach beztlenowych dehydrogenaza mleczanowa (LDH) przekształca pirogronian w mleczan. Regeneracja w tej reakcji NAD+ pozwala na kontynuację glikolizy mimo braku O2. W momencie pojawienia się O2 mleczan z powrotem przechodzi w pirogronian. Drożdże i inne organizmy w warunkach beztlenowych prowadzą fermentację alkoholową, podczas której pirogronian zostaje przekształcony w aldehyd octowy i dalej w etanol, a regeneracja NAD+ umożliwia ciągły przebieg glikolizy.
Oksydacyjna dekarboksylacja kwasu pirogronianowego- przekształcenie cząsteczki kwasu pirogronianowego do acetylo-coA. Zachodzi tylko w warunkach tlenowych. Uwolniony H jest przenoszony na koenzym NAD i następnie wchodzi do łańcucha oddechowego. Jednocześnie wydziela się cząsteczka CO2.
Bilans energetyczny glikolizy- podczas przekształcenia każdej cząsteczki glukozy w glikolizie na syntezę 4 cząsteczek ATP zostają zużyte 2 cząsteczki ATP, tak więc czysty zysk wynosi tylko 2 cząsteczki ATP na 1 cząsteczkę glukozy. W warunkach tlenowych powstające podczas glikolizy 2 cząst NADH również dostarczają energii poprzez fosforylację oksydacyjną.
Acetylokoenzym A - cząsteczka powstała w wyniku połączenia co A z resztą kwasu octowego. Wytworzona z kwasu pirogronowego (glikoliza), kwasów tłuszczowych (b-oksydacja) i niektórych aminokwasów. Umożliwia włączenie dwu C fragmentów cząsteczki cukrów, aminokwasów i kwasów tłuszczowych do cyklu kwasu cytrynowego który jest kołowy. W cyklu Krebsa a-co A ulega utlenianiu. Akceptorem a-co A jest 4 węglowy kw. szczawiooctowy . Powstaje 6 C, kwas cytrynowy. Następnie przez szereg produktów pośrednich powstaje ponownie kw. szczwiooctowy. Podczas cyklu Krebsa następuje dwukrotna dekarboksylacja i 4-krotne odwodorowanie. 3 cząsteczki. H łączą się w NAD, a jedna z FAD.
Cykl kwasów trikarboksylowych (TCAC)- cykl przemian metabolicznych zachodzących w macierzy mitochondrialnej. Prowadzi do rozkładu dwu C fragmentów pochodzących z katabolizmu różnych cząsteczek (np. glikolizy, b-o kwasów tłuszczowych) na CO2. Atomy H uwolnione podczas cyklu kwasów trikarboksylowych są przenoszone na łańcuch oddechowy przez co NAD i FAD. Cykl kwasów trikarboksylowych jest też określany jako cykl Krebsa albo cykl kwasu cytrynowego.
Łańcuch przenośników elektronów- zlokalizowany w obrębie wewnętrznej błony mitochondrium, zbudowany z szeregu białek stanowiących kolejne przenośniki elektronów. Element umożliwiający przeprowadzenie fosforylacji oksydacyjnej. Układ przenośników elektronów w mitochondrium składa się z : FMN (ryboflawino-5'-fosforan) i FAD (dwunukleotyd flawino-adeninowy, pierwotny akceptorem H), ubichinon, pierwotnych akceptorów uczestniczący w oddychaniu (NAD dwunukleotyd nikotynamido-adeninowy i NADP fosforan dwunukl nikotynamido-adeninowego). Grupą czynną obu nukleotydów jest niacyna (wit PP) której pierścień przyjmuje od cząsteczki podlegającej odwodorowaniu 2 jony H oraz 2 elektrony i uwalniając 1 proton staje się formą zredukowaną - NADH.
Wydajność energetyczna procesu beztlenowego- jest bardzo mała (fermentacja). Produkty- kwas mlekowy, octowy, masłowy, alkohol.
Budowa mitochondrium- organellum wytwarzające energię na potrzeby komórki (kom centrum energ). Zbudowane z 2 błon białkowo-lipidowych: zewn i wewn. Błona wewn tworzy charakterystyczne wpuklenia (grzebienie mitochondrium). Wnętrze mitochondrium jest wypełnione przez matriks mitochondrium. Mitochondria mają swój własny materiał genetyczny w postaci kolistych cząst DNA zawieszonych w matriks mitochondrium (mtDNA kodują niektóre e potrzebne do prawidłowego działania mitochondrium a inne białka mitochondruim są kodowane przez geny zlokalizowane w DNA jądra kom). M mają własne rybosomy znajdujące się w matriks m. W mitoch przebiegają 2 ważne szlaki reakcji biochemicznych, prowadzące do wytwarzania energii zmagazynowanej w wysokoenergetycznych wiązaniach cząst ATP: w matriks mitoch odbywa się cykl kwasu cytrynowego (cykl Krebsa), a reakcje łańcucha oddechowego zachodzą w wewn błonie mitoch.
Synteza ATP- Synteza ATP jest najmn ze znanych w przyr motorem obrotowym. ATPaza zlokalizowana jest w wewn błonie mitochondrialnej. Składa się z 2 cz: F1 ATPazy połączona z częścią F0 stanowiącą transbłonowy kanał protonowy zakotwiczony w wewn bł. W mitochondriach cały kompleks wyk en uwaln przez transp elektr do syntezy ATP, natomiast wyodrębniona z całości F1 ATPaza hydrolizuje ATP. Podczas hydrolizy ATP i prawdopodobnie podczas syntezy ATP, podjednostka γF1 ATPazy obraca się względem (αβ)3.
Rola ATP- jedna z najważniejszych nukleotydów w kom, jest uniwersalnym akumulatorem i przenośnikiem en.
Istota fotosyntezy- polega na przekształceniu en świetlnej w en chem, która wykorzystana jest do asymilacji CO2 do zw. org.
Przebieg fotosyntezy- skł się z 2 etapów.
Faza jasna przebiega w granach chloroplastów i polega na wytworzeniu siły asymilacyjnej (ATP i NADPH2). Fotony światła padając na chlorofil powodują wybicie z niego elektronu. Chlorofil przechodzi w stan wzbudzenia, a wybite elektrony, które mają zapas energii z pochłoniętych kwantów światła przechodzą przez układ przenośników, tracąc energię, która gromadzona jest w ATP (fosforylacja fotosyntetyczna- cykliczną i niecykliczną). W czasie fazy jasnej zachodzi rozkład wody, wydziela się tlen, powstaje zredukowany NADPH2.
Faza ciemna (cykl Calvina) przebiega w stromie chloroplastów i polega na asymilacji CO2 do zw. org. Jest to kołowy cykl przemian, wyróżniamy 3 etapy: asymilacji (CO2 pobrany przez r do fotosyntezy jest przyłączany do 5-C cukru rybulozo 1,5 bis fosforanu i powstaje kw trójfosfoglicerynowy (zw trój C). Redukcji: przy użyciu siły asymilacyjnej ATP i NADPH2 kw zostaje zredukowany do aldehydu trójfosfoglicerynowego stanowiącego związek wyjściowy do syntez cukrów i innych zw org. Z 6 wytw w 1 cyklu cząst aldehydu, 1 tylko jest zużywana do dalszych syntez, natomiast 5 pozostałych do 3 etapu cyklu Calvina, czyli regeneracji. Z nich odtworzony zostaje 1,5 bis fosforan. Znaczenie fotosyntezy- najważniejsza r anaboliczna. Zależy od niej życie na ziemi, ponieważ wytworzona w procesie fotosyntezy materia organiczna jest źródłem pokarmu dla heterotrofów.
1