Energetyczne
i biochemiczne podstawy metabolizmu
Wszech
Wszech
Wszech
Wszechświat
wiat
wiat
wiat
…………………
-Posiada mas
ę
spoczynkow
ą
-Zajmuje okre
ś
lon
ą
przestrze
ń
………………..
- Kinetyczna- miara
zmian stanu materii
(kształt, poło
ż
enie, temperatura)
-
Potencjalna- miara
mo
ż
liwo
ś
ci takiej zmiany
Komórka jest otwartym układem termodynamicznym =
Ka
ż
da komórka posiada zdolno
ść
przetwarzania energii i materii. Ogół
przemian materii i energii zachodz
ą
cych w komórce nazywamy
…………………………………………… (od greckiego słowa- metabole, czyli
zmienia
ć
). Metabolizm stanowi niezb
ę
dne kryterium
ż
ycia
Pobiera energi
ę
jako:
•
Ś
wiatło (fotoautotrofy)
•Zwi
ą
zki chemiczne
(chemoautotrofy i heterotrofy)
Oddaje energi
ę
jako:
•Ciepło
•Produkty przemiany materii
(np. CO
2
)
Energetyczne
i biochemiczne podstawy metabolizmu
………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………….……..……….
………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………
Materiały do wykładu z Biologii
komórki dla II r Biotechnologii
………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………
……………………………………………………..……….
………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………
dr Joanna Strubi
ń
ska
Metabolizm- to ogół przemian
materii i energii zachodz
ą
cych w
komórce:
•Anabolizm/synteza- to procesy zwi
ą
zane z
……………………………………………………
…… wymagaj
ą
ce nakładu energii w postach
ś
wiatła
(np. fotosynteza)
lub energii chemicznej
(synteza glikogenu, translacja)
•Katabolizm/rozkład-
obejmuje
rozpad
zwi
ą
zków organicznych i prowadzi do
……………………………………………………
…. niezb
ę
dnej do przeprowadzania procesów
ż
yciowych
(np.glikoliza, fermentacja, oddychanie
komórkowe).
Energetyczne
i biochemiczne podstawy metabolizmu
Bioenergetyka opiera si
ę
na powszechnych prawach termodynamiki
1. Energia nie powstaje z niczego ani nie ginie
jedynie z jednego rodzaju
przekształca si
ę
w inny. Dlatego komórki i ich organelle nie wytwarzaj
ą
energii a jedynie………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………….
2. Ka
ż
dej przemianie energii towarzyszy utrata energii u
ż
ytecznej
, czyli takiej,
któr
ą
komórki mog
ą
wykorzysta
ć
do wykonania jakiej
ś
pracy. W skutek
przeprowadzanych
reakcji
chemicznych
organizmy
ż
ywe
nieuchronnie……………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………....
Energetyczne
i biochemiczne podstawy metabolizmu
………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………….……..……….
………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………
Materiały do wykładu z Biologii
komórki dla II r Biotechnologii
………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………
……………………………………………………..……….
………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………
dr Joanna Strubi
ń
ska
• Komórka jest układem otwartym w którym
jedynie dopływ energii z zewn
ą
trz pozwala
na utrzymanie jej
wysokiego wewn
ę
trznego
uporz
ą
dkowania =……………………………
•
Wzrost
uporz
ą
dkowania
elementów
w komórce odbywa si
ę
kosztem wzrostu
nieuporz
ą
dkowana = ………………………… jej
otoczenia
• Produkty wielu reakcji chemicznych s
ą
substratami
innych.
Decyduje
to
o
………………………………………………………
• W
ten
sposób w
komórce
powstaj
ą
skomplikowane powi
ą
zania okre
ś
lane jako
………………………………………………………
• Pr
ę
dzej czy pó
ź
niej w komórce w wyniku
przeprowadzanych
procesów
powstaj
ą
………………………………………………………
,
które
musz
ą
zosta
ć
usuni
ę
te z komórki
Energetyczne
i biochemiczne podstawy metabolizmu
Niektóre procesy przebiegaj
ą
spontanicznie, bez jakiejkolwiek ingerencji i
zmierzaj
ą
do wzrostu nieuporz
ą
dkowania,
(chyba nikomu nie zdarzyło si
ę
jeszcze aby pokój posprz
ą
tał si
ę
sam. Co innego z bałaganem).
W procesach tych: Spada ………………………….., wzrasta jego ……………………….
i wydziela si
ę
…………………………………….., skutkiem czego wzrasta
nieuporz
ą
dkowanie wszech
ś
wiata
Natomiast procesy, dzi
ę
ki którym porz
ą
dek wzrasta wymagaj
ą
okre
ś
lonego, ukierunkowanego wysiłku.
Nast
ę
puje tu ……………………..
swobodnej energia układu, ………………………………….. jego stabilno
ś
ci i
………………………………………… energia, skutkiem czego spada
nieuporz
ą
dkowanie wszech
ś
wiata
Energetyczne
i biochemiczne podstawy metabolizmu
………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………….……..……….
………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………
Materiały do wykładu z Biologii
komórki dla II r Biotechnologii
………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………
……………………………………………………..……….
………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………
dr Joanna Strubi
ń
ska
Reakcje chemiczne zachodz
ą
ce
spontanicznie z wydzieleniem
energii nazywamy
…………………………
Reakcje chemiczne
nie zachodz
ą
ce samorzutnie,
wymagaj
ą
ce dostarczenia energii
nazywamy
…………………………..
Reakcja przeciwna do egzoergicznej (np. rozkładu cukrów -oddychania) jest
zawsze reakcj
ą
endoergiczn
ą
(np. synteza cukrów- fotosynteza) a ilo
ść
energii
wydzielaj
ą
cej si
ę
w pierwszym procesie (686 kcal/mol) jest równa energii
niezb
ę
dnej dla zainicjowania drugiej
Energetyczne
i biochemiczne podstawy metabolizmu
Najpowszechniej wyst
ę
puj
ą
cym
w komórkach zwi
ą
zkiem
sprz
ę
gaj
ą
cym reakcje egzo- i
endoergiczne jest
adenozynotrójfosforan czyli
………
Podczas
…………………………..
wi
ą
za
ń
wysokoenergetycznych
ATP
wydziela si
ę
………………
(7,3
kcal/mol)
oraz powstaje
adenozynodwufosforan (ADP)
i
……………………………………
Reakcje egzo- i endoergiczne
przebiegaj
ą
ce w komórkach
s
ą
ze
sob
ą
sprz
ęż
one
w taki sposób,
ż
e ………………………………………
……………………………………………………………………………………..
Energetyczne
i biochemiczne podstawy metabolizmu
………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………….……..……….
………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………
Materiały do wykładu z Biologii
komórki dla II r Biotechnologii
………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………
……………………………………………………..……….
………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………
dr Joanna Strubi
ń
ska
Hydroliza ATP dostarcza komórkom energii do wykonania pracy:
……………………..
(
np. przmieszczanie organelli
wzdłu
ż
mikrotubul przez białka
motoryczne)
……………………..
(np. aktywny transport
aminokwasów przez błony
biologiczne
)
……………………..
(np. synteza glutaminy z kwasu
glutaminowego i amoniaku)
Energetyczne
i biochemiczne podstawy metabolizmu
Aby dostawy energii nie ustały, stale zu
ż
ywana podczas pracy
pula ATP musi by
ć
……………………………………………….
Energetyczne
i biochemiczne podstawy metabolizmu
………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………….……..……….
………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………
Materiały do wykładu z Biologii
komórki dla II r Biotechnologii
………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………
……………………………………………………..……….
………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………
dr Joanna Strubi
ń
ska
Cz
ą
steczki aktywowanych no
ś
ników (koenzymów) to cz
ą
steczki zdolne do
……………………………………………………………………………………………… :
Rola:
- …………………………
- ………………............…
………………………….
Glukoza
Urydynofosfoglukoza
Grupa metylowa
S-adenozylometionina
Grupa karboksylowa
Karboksybiotyna
Grupa acetylowa
Acetylo-CoA
Elektrony i atomy wodoru
NADH, NADPH, FADH2
Fosforan
ATP, GTP,
Forma transportu energii
Aktywowany nośnik
NAD
+
Energetyczne
i biochemiczne podstawy metabolizmu
Enzymy to białkowe katalizatory reakcji biochemicznych
Enzymy:
•Ułatwiaj
ą
powstawanie lub/i rozpad
…………………………………………….
•Umo
ż
liwiaj
ą
przebieg reakcji
………………………………… w ni
ż
szych
temperaturach
•Działaj
ą
niezwykle ………………………
dzi
ę
ki czemu umo
ż
liwiaj
ą
komórce
……………………………………..
procesów metabolicznych
•Wszystkie reakcje wymagaj
ą
tworzenia lub/i
rozrywania wi
ą
za
ń
chemicznych.
•Zainicjowanie reakcji endoergicznej wymaga
dostarczenia okre
ś
lonej ilo
ś
ci energii zwanej
…………………………………………..
•Energia aktywacji pozwala substratom uzyska
ć
…………………………. łatwiej podlegaj
ą
c
ą
zmianom
•Wzrost energii aktywacji nast
ę
puje w
ś
rodowisku
nieo
ż
ywionym zwykle na skutek ……………………..
Energetyczne
i biochemiczne podstawy metabolizmu
………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………….……..……….
………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………
Materiały do wykładu z Biologii
komórki dla II r Biotechnologii
………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………
……………………………………………………..……….
………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………
dr Joanna Strubi
ń
ska
Enzymy to komórkowe, białkowe katalizatory reakcji biochemicznych
Etapy katalizy enzymatycznej:
1. Zwi
ą
zanie ………………….
2. Powstanie …………………
w miejscu aktywnym
3. Obni
ż
enie energii ……….:
-
Przestrzenne dopasowanie
substratów
- Utrzymanie niestabilnej
formy substratów
(odkształcanie wi
ą
za
ń
)
- Tworzenie sprzyjaj
ą
cego
ś
rodowiska reakcji np. pH
- Tworzenie przej
ś
ciowych
wi
ą
za
ń
kowalencyjnych
enzym-substrat
4. Powstawanie ……………
5. ........................... produktów
Energetyczne
i biochemiczne podstawy metabolizmu
Aktywno
ść
enzymów mo
ż
e by
ć
regulowana przez czynniki zewn
ę
trzne:
1.
Ś
rodowisko reakcji (np. temperatura lub pH)
2. Kofaktory- …………………. elementy wi
ążą
ce
si
ę
z cz
ą
steczk
ą
enzymu niezb
ę
dne dla
procesu katalizy. Nale
żą
do nich nieorganiczne
grupy prostetyczne ……………. zwi
ą
zane z
enzymem (np. hem) i organiczne
niskocz
ą
steczkowe koenzymy
…………zwi
ą
zane z białkiem (np. koenzym A)
3. Inhibitory- cz
ą
steczki blokuj
ą
ce aktywno
ść
enzymu przez ł
ą
czenie si
ę
z miejscem
aktywnym (inhibitory …………………………..)
lub zmian
ę
konformacji enzymu (inhibitory
……………………)
Reakcja allosteryczna
Energetyczne
i biochemiczne podstawy metabolizmu
Klasy enzymów wg klasyfikacji mi
ę
dzynarodowej:
Klasa 1: ………………… - przenosz
ą
ładunki (elektrony i protony)
z
cz
ą
steczki substratu na cz
ą
steczk
ę
akceptora;
Klasa 2: …………………- przenosz
ą
dan
ą
grup
ę
funkcyjn
ą
(tiolow
ą
, aminow
ą
,
itp.) z cz
ą
steczki jednej substancji na cz
ą
steczk
ę
innej substancji;
Klasa 3: ………………… - powoduj
ą
rozpad substratu pod wpływem wody
(hydroliza); do grupy tej nale
ż
y wiele enzymów trawiennych;
Klasa 4: …………………......…… - enzymy odszczepiaj
ą
ce od substratów
okre
ś
lon
ą
grup
ę
(niehydrolitycznie) z wytworzeniem podwójnego
wi
ą
zania lub
odwrotnie, przył
ą
czaj
ą
ce grupy do podwójnych wi
ą
za
ń
;
Klasa 5: …………………….. - zmieniaj
ą
wzajemne poło
ż
enie grup chemicznych
bez rozkładu szkieletu zwi
ą
zku;
Klasa 6: ………………..…… - enzymy katalizuj
ą
ce reakcje syntezy, którym
towarzyszy odszczepienie reszt kwasu fosforowego od ATP lub
analogicznego trójfosforanu
Energetyczne
i biochemiczne podstawy metabolizmu
………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………….……..……….
………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………
Materiały do wykładu z Biologii
komórki dla II r Biotechnologii