metabolizm → ogół przemian zachodzących w organizmie, na które składają się przemiany związane z wymianą energii i/lub materii.

Metabolizm dzieli się na dwa szlaki → anaboliczne (z cząsteczek prostych budowany jest związek złożony. Ten proces wymaga dostarczania energii → reakcje endoergiczne. \DeltaG>0) i kataboliczne (takie, w trakcie których z związków złożonych powstają związki proste – u człowieka najczęściej związane z utlenianiem \DeltaG<0 → reakcje egzoergiczne → przebiegające z wydzieleniem energii). Elementem łączącym procesy anaboliczne i kataboliczne jest energia (a jej walutą jest ATP)

Nośniki energii

ATP – adenozynotrójfosforan

GTP → guanozynotrójfosforan

równoważniki redukcyjne

FAD → dinukleotyd flawinoadeninowy (pochodna ryboflawiny. B2)

NAD⁺ → dinukleotyd nikotynoamidoadeninowy (poch. Niacyny PP)

Na te nośniki przenoszone są elektrony.

Schemat budowy ATP →

Reakcja Hydrolizy ATP (proces egzoergiczny)

ATP + H_2O <=> ADP +Pi + H^+ + ENERGIA

ATP + H_2O ↔ AMP + Ppi + H^+ + ENERGIA

\DeltaG^o = -30,6 kJ/mol

ATP jest resyntetyzowane w sposób ciągły:

Substraty energetyczne wykorzystywane przez mięsień do resyntezy ATP

→ fosfokreatyna

→ glikogen mięśniowy

→ glukoza

→ aminokwasy i ketokwasy

→ wolne kwasy tłuszczowe (podstawowe źródło, magazynowane w adipocytach i miocytach. W warunkach spoczynkowych i w wysiłku areobowym jest wykorzystywany

Etapy pozyskiwania energii z kwasów tłuszczowych:

1. aktywacja kwasu tłuszczowego (odbywa się w cytoplazmie komórki)

2. transport kwasów tłuszczowych (z udziałem karnityny) do mitochondriów

3. \beta-oksydacja kwasów tłuszczowych

4. cykl Krebsa

5. forsforylacja oksydacyjna

Glukoza: z glikogenu mięśniowego (wykorzystywana lokalnie w komórce w której jest magazynowana), nie może być transportowana bo występuje w postaci glukozo-1-fosforanu, który jest anionem i nie może przenikać przez błony. (podobnie jest w mózgu, gdzie również nie ma enzymu fosfatazy?)

Glukoza z krwi – poziom glukozy we krwi jest regulowany dzięki metabolizmowi wątroby z glikogenu wątrobowego.

Etapy pozyskiwania energii z glukozy:

Warunki tlenowe „glikoliza tlenowa”- proces utlenienia jednej cząsteczki glukozy do CO2 i H2O z wydzieleniem 30 cząsteczek ATP	Warunki beztlenowe (anaerobowe) „glikoliza beztlenowa” przekształcenie cząsteczki glukozy do dwóch cząsteczek mleczanu z wydzieleniem 2 ATP – przebiega dużo szybciej.
1. glikoliza	1. Glikoliza
2. oksydacyjna dekarboksylacja pirogronianu	2. redukcja pirogronianu do mleczanu
3. cylk Krebsa
4. fosforylacja oksydacyjna
Calkowite utlenienie	Częściowe przekształcenie

ATP ulega resyntezie w wyniku dwóch procesów:

1. fosforylacja substratowa

2. forsorylacja osydacyjna

Fosforylacja sybstratowa. Polega na syntezie ATP dzięki energii uzyskanej w wyniku hydrolizy wiązania wysokoenergetycznego w ufosforylowanym substracie. Przykład:

1,3-bisfosfoglicerynian (wysokoenergetyczny substrat) + ADP → 3-fosfoglicerynian + ATP,

fosfoenolopirogronian (substrat wysokoenergetyczny) + ADP → pirogronian + ATP

bursztynylo-CoA + GDP → bursztynian + GTP

GTP + ADP → GDP + ATP

fosfokreatyna + ADP → kreatyna + ATP

Bezwzględnie wymaga tlenu, odbywa się w wewnętrznej błonie mitochondrialnej , przebiega z udziałem enzymów łańcucha oddechowego klasy oksydo-reduktaz

Fosforylacja oksydacyjna

Proces syntezy ATP,

zachodzący dzięki energii uzyskanej w wyniku przeniesienia elektronów z NADH lub FADH_2 a O_2 (utlenianie NADH luf FADH_2) przez szereg przenośników elektronów (łańcuch oddechowy)

Utlenianie NADH lub FADH_2 sprzężone jest z fosforylacja dzięki gradientowi protonowemu wytworzonemu w poprzek wewnętrznej błony mitochondrialnej.

NAD^+ + H^+ + 2e^- ↔ NADH

FAD + 2H^+ + 2e^- ↔ FADH_2

Fosforylacja oksydacyjna

Utlenianie substratów energetycznych

(np. oksydacyjna dekarboksylacja pirogronianu, cykl Krebsa, \beta-oksydacja)

Przeniesienie elektronów na NAD^+ lub FAD

Powstawanie NADH lub FADH_2

Utlenienie NADH lub FADH_2 na łańcuchu oddechowym

Przeniesienie elektronów na przenośniki elektronowe w łańcuchu oddechowym, ostatecznie na O_2

Wydzielenie energii służącej do wypompowania jonów H^+ z matrix mitochondrialnego do przestrzeni międzybłonowej

Wytworzenie siły protonomotorycznej

- gradientu pH i transbłonowego potencjału elektrycznego

Powrót jonów H^+ do matriks mitochondrialnej przez syntazę-ATP

Uwolnienie energii

Synteza ATP

Utlenianie jednej cząsteczki NADH dostarcza energii do syntezy 2,5 ATP

utlenianie jednej cząsteczki FADH_2 dostarcza energii do syntezy 1,5 ATP

Wyjaśnij dlaczego podawany zysk energetyczny wynosi 30 lub 32 ATP (skąd się bierze ta różnica)

Różnica wynika z tego, czy NADH z dekarboksylacji oksydacyjnej aldehydu 3-fosfo glicerynowego jest transportowany do mitochondrium przez transporter (shutle) jabczanowy, czy nie. Gdy użyty jest transporter jabłczanowy uzyskujemy o 1 ATP więcej w innym przypadku płacimy 1 ATP za transport przez błonę mitochondrialną.