Bioenergetyka

Elementy chemii

A + B

C + D

K = [C] [D]/ [A] [B]

ΔG= - RT ln K

Reakcja egzoergiczna

Reakcja endoergiczna

K

ΔG [cal/mol]

0.001

+4089

0.1

+1363

1

0

10

-1369

100

- 2726

Ciepło spalania [ 1 g]

Cukry

4,1 kcal

Glukoza

3,75 kcal

Lipidy

9,3 kcal

Proteiny

4.1 kcal

Kierunki reakcji

Glu-1-P = Glu-6-P E1: fosfoglukomutaza

ΔG= - 1740 cal/mol

ΔG= -RTlnK; K=19,0

Reakcje następcze

A

B

B

C

A

C

ΔG 1

ΔG 2

ΔG = ΔG 1 - ΔG 2

6-Glu-1-P = Glu-6-P - 1740 cal/mol

Glu-6-P = Fru-6-P + 400 cal/mol

Glu-1-P = Fru-6-P - 1340 cal/mol

Fosforany.Nośniki energii

Fosfoenolo pirogronian

- 14.8 kcal / mol

Fosforan kreatyny

- 10.3 kcal

ATP = ADP + P

- 7.3 kcal

ADP = AMP + P

- 7.3 kcal

AMP = A + P

- 3.4 kcal

Glu-1-P = Glu + P

- 5.0 kcal

Glu-6-P = Glu + P

- 3.8 kcal

Katabolizm

• Zysk energetyczny
• Synteza
• Transport
• Ruch
• Równowaga

materiałowa

• Procesy degradacji
• Węglowodany
• Białka
• Lipidy
• węglowodory

Prototrofy D-glukoza----- składniki komórkowe

Auksotrofy D-glukoza + dodatki----- składniki komórkowe

Substraty energetyczne

• ½ O2 + 2H+ + 2e- = H2O
• Oddychanie tlenowe

• Związek utleniony + e- = związek zredukowany
• Fermentacja beztlenowa

• CO2 + e- = CH4
• Fermentacja metanowa

ATP

N

N

N

N

NH

2

O

OH

OH

H

H

H

H

P

3

O

ATP + H2O = ADP + P - 7.3 kcal/mol

Synteza biomolekuł E.coli [ATP] 7.90 mM
Transport przez membrany

[ADP] 1.04 mM

Praca mechaniczna, ruch
Przekaz informacji
Katalizatory: kinazy

Katabolizm Glukozy

D-Glu

Kwas mlekowy

O

P

O

O

O

O

OH

O

P

O

O

O

O

P

O

OH

O

P

Mg

2+

O

P

O

OH

O

+ ATP

ADP

+

Fosforylacja substratowa

G= - 11,8 kcal/mol

3-fosfoglicerofosforan

Fosforylacja substratowa

COO

-

OP

+ ADP

H

3

C

O

COO

-

+ ATP

Fosfoenolopirogronian
PEP

G= - 14,8 kcal/mol

Fosforylacja substratowa

OH

H

H

H

OH

OH

H

H

+ ATP

OH

H

H

H

OH

OP

H

H

+ ADP

 G

0

= - 2,2 kcal/mol

Reakcje ox-redox

A + e- = B Eox 0= a [V]

C + e- = D Ered 0= c [V]
a > c
A + D = C + D E0= Ered 0 - Eox

0

H

3

C

O

OH

O

+ e-

H

3

C

O

OH

OH

E

0

= - 0,32 V

NAD

+

+ e-

NADH + H

+

E

0

= - 0,19 V

H

3

C

O

OH

O

H

3

C

O

OH

OH

E

0

= + 0,13 V

+ NADH + H

+

NAD

+

+

Glikoliza

Glikoliza

Cykl Krebsa

.

Syntaza cytrynianowa

Sumarycznie równanie cyklu Krebsa przedstawia się
następująco:

acetylo-CoA + 3NAD+ + FAD + GDP + Pi + 2H2O =
2CO2 + 3NADH + FADH2 + GTP + 2H+ + CoA

Enzymy biorące udział w cyklu Krebsa
Syntataza cytrynianowa – jest dimerem u ssaków składającym się z
podjednostek o idealnej masie . Każde z miejsc aktywnych jest
umieszczone w szczelinie znajdującej się miedzy małą i duża domeną
każdej podjednostki w pobliżu styku obu podjednostek. Badania
wykazały ,że podczas katalizy ulega znacznym zmianom konfirmacyjnym.
Katalizuje reakcję kondensacji przez bliskie zestawienie substratów ,
odpowiednie ich zlokalizowanie przestrzenne i polaryzację odpowiednich
wiązań .

Akonitaza –białko żelazowo -siarkowe czyli białko
mające w składzie żelazo niehemowe . W centrum
enzymu są 4 atomy żelaza ,nie wbudowane w grupę
hemową.Tworzą one kompleks z 4 atomami siarki
nieorganicznej i 3 atomami siarki cysteiny.Centrum
zawierające żelazo wspólnie z innymi grupami enzymu
ułatwia reakcję odłączenie i przyłączenia wody .Centrum
enzymu charakteryzuje się mała stabilnością.

Dehydrogeneza izocytrynianowa – katalizuje
dekarboksylację oksydacyjną izocytrynianu , produktem
pośrednim tej reakci jest szczawiobursztynian
(niestabilny β-ketokwas). Podczas połączenia z enzymem
traci dwutlenku węgla i powstaje α-ketoglutaran.

Tiokinaza bursztynianowa –heterodimer zlożony z
podjednostek , jej działanie to przeniesienie grupy
fosforanowej najpierw do bursztynylo-CoA a następnie do
difosforanu nukleozydu .

Dehydrogenaza bursztynianowa białko żelazo-
siarkowe , zawiera 3 różne rodzaje ugrupowań żelazo-
siarkowych 2 Fe-2S ,3Fe-4S,4Fe-4S .Łączty się
bezpośredni z łańcuchem oddechowym , stanowi pomost
między cyklem kwasu cytrynowego a syntezą ATP.

Fumaraza – katalizuje przyłączenie atomu wodoru i
grupy hydroksylowej w układzie trans. Grupa
hydroksylowa przyłączana jest tylko z jednej strony
podwójnego wiązania fumaranu , dzięki czemu tworzy się
wyłącznie izomer L-jabłczanu.

Dehydrogenaza jabłczanowa – katalizuje reakcję
utlenienia do szczawianooctanu , akceptor wodoru jest
NAD+.

Dehydrogenaza jabłczanowa – katalizuje reakcję
utlenienia do szczawianooctanu , akceptor wodoru jest
NAD+.

PODSUMOWANIE

Substraty

/

Produkty

/

Koenzym

y

Koenzym

y

X.
S zczawio
octan
+ Acetylo-
CoA

I.
Cytrynian

A.
Akonitaza

Dehydrata
cja

H

2

O

II. cis -
Akonitan

B.
Akonitaza

Hydratacj
a

H

2

O

III.
Izocytryni
an

C.
Dehydrog
enaza
izocytryni
anowa

Utlenianie NAD

+

NADH +
H

+

IV.
S zczawio
bursztyni
an

D.
Dehydrog
enaza
izocytryni
anowa

Dekarbok
sylacja

H

+

CO

2

E .
Dehydrog
enaza

NAD

+

+

NADH +
H

+

ketoglutar
anowa

CoA-S H

0

GDP

GTP +

+ P

CoA-S H

VII.
bursztyni
an

G.
Dehydrog
enaza
bursztyni
anowa

Utlenianie FAD

FADH

2

VIII.
Fumaran

H.
Fumaraza

Addycja
H

2

O

H

2

O

IX. L -
J ablczan

I.
Dehydrog
enaza
jablczano
wa

Utlenianie NAD

+

NADH +
H

+

X.
S zczawio
octan

CoASH +
H

+

V.
Ketoglutar
an

Dekarbok
sylacja
oksydacyj
na

Czastecz

ka

Enzym

Typ

reakcji

J .
S yntaza
cytrynian
owa

Kondensa
cja

VI.
bursztyny
lo-CoA

F.
Tiokinaza
bursztyni
anowa

Hydroliza

H

2

O