Metabolizm substratów

energetycznych

• Wszystkie komórki zużywają energię, by utrzymać się

przy życiu. Energia ta uwalniana jest z wiązań
chemicznych związanych z przemianą materii. W
procesie przemiany materii następuje zmiana energii
chemicznej, pozyskiwanej w postaci pożywienia, na
ciepło i pracę mechaniczną.

• Energia ta jest wykorzystywana głównie do utrzymania

systemów transportowych (wewnątrzkomórkowych,
przezbłonowych) oraz wielu reakcji enzymatycznych.

• Komórki mięśniowe potrzebują energii do czynności

skurczowej. Bezpośrednim dostawcą energii w komórkach
ssaków jest związek o nazwie adenozynotrifosforan – ATP.

• Wzór sumaryczny - C10H16N5O13P3

• Związek ten zbudowany jest z cząsteczki adenozyny

(zbudowana z cząsteczki adeniny i rybozy) oraz

trzech reszt fosforanowych. Dwie z tych trzech reszt

– druga i trzecia – zawierają tzw. wiązania bogato

energetyczne. Trzecia reszta fosforanowa ulega

odszczepieniu przez enzym

adenozynotrifosfataza (ATP – aza).

• Reakcji tej towarzyszy uwolnienie energii, która

wykorzystywana jest do wymienionych procesów.

• Powstały w wyniku tej reakcji związek o nazwie

adenozynodifosforan – ADP – zawiera również

jedną bogato energetyczną resztę fosforanową. Nie

jest ona wykorzystywana jako bezpośredni donator

energii. Zawartość ATP w komórkach jest mała (w

mięśniach szkieletowych wynosi około 25mmol/kg

suchej tkanki).

RESYNTEZA ATP

• Związek ten musi być nieustannie odbudowywany.

W mięśniach szkieletowych ATP regenerowane jest
na czterech drogach:

1)Przez przeniesienie na ADP bogato energetycznej

grupy fosforanowej z fosfokreatyny (Pcr). W reakcji
tej bierze udział enzym o nazwie kinaza kreatynowa.

2)Na drodze glikolizy beztlenowej
3)Na drodze przemian tlenowych
4)W reakcji katalizowanej przez enzym kinazę

adenylanową (miokinazę). W reakcji tej z dwóch
cząsteczek ADP powstaje jedna cząsteczka ATP i
jedna cząsteczka AMP. W tym procesie powstają
jedynie niewielkie ilości ATP.

Glikoliza beztlenowa

• W przebiegu glikolizy mleczanowej substratem

wyjściowym jest glikogen bądź glukoza. Na każdy mol
zużytej glukozy wolnej tworzone są netto dwa mole ATP, w
przypadku zaś gdy glukoza pochodzi z glikogenu trzy mole
ATP.

• Przyczyna różnicy – jeden mol ATP zużywany jest w

procesie fosforylacji jednego mola glukozy do glukozo – 6
fosforanu.

• W nieobecności tlenu powstały w reakcji glikolizy kwas

pirogronowy nie może wyjść w cykl przemian tlenowych.
Ulega on przekształceniu w kwas mlekowy przy udziale
enzymu dehydrogenaza mleczanowa. W rezultacie w
mięśniach gromadzi się kwas mlekowy. Dyfunduje on
następnie do krwi. Niewielka ilość kwasu mlekowego
przekształcana jest w glukozę w mięśniach (w procesie
glukoneogenezy)

Przemiany tlenowe

• Substratami do syntezy ATP w wyniku

przemian tlenowych są :

1.Glukoza
2.Wolne kwasy tłuszczowe
3.Aminokwasy

Glukoza

• W obecności tlenu kwas pirogronowy przechodzi z

cytoplazmy do mitochondrium, gdzie ulega tzw.
Dekarboksylacji oksydacyjnej. W jej wyniku
tworzony jest Acetylo-CoA

• Reakcję tę katalizuje kompleks enzymatyczny

dehydrogenaza pirogronianowa.

• Acetylo-CoA wchodzi następnie w cykl reakcji zwany

cyklem kwasu cytrynowego, Cyklem Krebsa, bądź
też cyklem kwasów trikarboksylowych.

• Zarówno Cykl Krebsa, jak i proces glikolizy

sprzężone są z łańcuchem enzymów oddechowych.

• Czynność tego łańcucha prowadzi do wytworzenia ATP

w procesie nazywanym fosforylacją oksydacyjną.

• Z jednego mola glukozy powstaje 38 moli ATP

Przemiana substratów

energetycznych

• Możliwości przekształcania

substratów

• węglowodany ► tłuszcze, aminokwasy

endogenne

• tłuszcze

► aminokwasy endogenne

• białka

► węglowodany albo tłuszcze

Przemiana tlenowa i

beztlenowa węglowodanów

Substraty energetyczne ulegające

przemianom tlenowym w cyklu

Krebsa

Regulacja metabolizmu

substratów energetycznych

• Główną rolę w regulacji metabolizmu odgrywają

węglowodany i tłuszcze.

• Wynika to z faktu, że związki te magazynowane są

w ustroju. W przypadku zwiększonego ich zużycia
(np. w czasie wysiłku) bądź zmniejszonej podaży
(np. w czasie głodzenia) mogą być wykorzystywane
bez szkody dla organizmu.

• Nie ma natomiast zapasowych białek. Oznacza to,

że zwiększonemu zużyciu białek ustrojowych
będzie towarzyszyć osłabienie funkcji tych
narządów, bądź też komórek których białka uległy
cząstkowemu zużyciu.

• Zasoby energii zmagazynowane w postaci

tłuszczów przewyższają wielokrotność zasoby
energii zmagazynowanej w postaci węglowodanów.

• Glukoza i wolne kwasy tłuszczowe znajdujące się

we krwi stanowią jedynie nieznaczny odsetek
całkowitej puli węglowodanów i tłuszczów.

• Magazynowaną formą glukozy jest glikogen, a

wolnych kwasów tłuszczowych triacyloglicerole.

Glikogen

• Zawartość glicerolu w 1 gramie mięśni jest

wielokrotnie niższa niż zawartość tego
wielocukru w 1 gramie wątroby.

• Masa mięśni ustroju przewyższa z kolei

wielokrotnie masę wątroby, całkowita ilość
glikogenu zmagazynowanego w mięśniach
jest prawie 3 razy większa od ilości
glikogenu zmagazynowanego w wątrobie.

• Zawartość glikogenu w mięśniach zależy

od typu mięśnia.

• Włókna typu I (włókna wolno kurczące się,

tlenowe) zawierają mniej tego związku niż
włókna typu IIA (włókna szybko kurczące
się, tlenowo - glikolityczne oraz włókna
typu IIX.

Glikogenoliza

• Jest to rozkład glikogenu, który zachodzi dzięki

działaniu enzymu fosforylaza.

• Enzym ten znajduje się w formie nieczynnej

(fosforylaza B)

• Aktywna forma tego enzymu (fosforylaza A)

powstaje dzięki fosforylacji fosforylazy B.

• W mięśniu za zwiększenie aktywności fosforylazy

A odpowiedzialne są głownie 2 czynniki:

o Adrenalina
o Jony wapnia Ca

2+

• Końcowym produktem glikogenolizy jest glukozo

-1- fosforan.

• Błona komórki jest nieprzepuszczalna dla glukozo

-1- fosforanu.

• Komórka mięśniowa nie zawiera enzymu

odszczepiającego resztę fosforanową od cząsteczki
glukozy.

• Glikogen mięśniowy może być wykorzystywany

tylko w komórce, w której jest zmagazynowany.

• Glikogen znajdujący się w komórkach mięśniowych

nie może być źródłem glukozy dla innych komórek,
ani też dla tkanek pozamięśniowych.

Regulacja stężeń glukozy

we krwi

Prawidłowe stężenie glukozy we

krwi człowieka wynosi 4,0-5,5

mmol/l (normoglikemia).

Obniżenie stężenia glukozy we krwi

nazywamy hipoglikemią, a

podwyższenie hiperglikemią

• W warunkach normalnego żywienia

glukoza stanowi jedyny substrat
energetyczny dla komórek nerwowych.
Obniżenie stężenia glukozy we krwi,
zwłaszcza znaczne, objawia się
zaburzeniami funkcjonowania
ośrodkowego układu nerwowego, aż do
utraty przytomności włącznie. Z kolei
podwyższenie stężenia glukozy we krwi,
zwłaszcza znaczne i długotrwałe,
prowadzić może do tzw. śpiączki
hiperosmolarnej.