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.