WSPÓA
ZALEŻNOŚĆ
PROCESÓW METABOLICZNYCH
METABOLIZM
To zbiór wielu sprzężonych, wzajemnie powiązanych reakcji chemicznych w wyniku
których żywy organizm zdobywa energię ze środowiska i wykorzystuje ją do
przekształcania prostych związków w składniki komórki
1. KATABOLIZM
Są to reakcje przekształcania energii w postać użyteczną biologicznie
KATABOLIZM
cząsteczki paliwa komórkowego CO2 + H2O + energia użyteczna
(cukry, tłuszcze)
2. ANABOLIZM
Są to reakcje wymagające energii, aby mogły zachodzić
ANABOLIZM
energia użyteczna + małe cząsteczki złożone cząsteczki
Niektóre szlaki metaboliczne mogą być szlakami anabolicznymi lub katabolicznymi
zależnie od stanu energetycznego komórki. Są to tzw. szlaki amfiboliczne.
metabolizm metabolizm
wielocukrów kofaktorów i witamin
METABOLIZM
metabolizm
nukleotydów
SZLAK METABOLICZNY
Szereg następujących po sobie reakcji
biochemicznych, w których produkt jednej
reakcji jest substratem kolejnej.
CYKL METABOLICZNY
metabolizm
Szereg następujących po sobie reakcji
cukrów prostych
chemicznych, zamkniętych w obiegu,
w których produkt końcowy funkcjonuje
metabolizm
innych aminokwasów
jako odnowiony substrat początkowy dla
metabolizm
kolejnej tury reakcji metabolicznych.
lipidów
metabolizm
aminokwasów
Reakcje metaboliczne są zwykle
katalizowane przez enzymy, oraz
podlegają ścisłej kontroli.
metabolizm
metabolizm
innych substancji
W skali całego organizmu reakcje
energii
metaboliczne regulowane są
biosynteza
przez hormony.
metabolitów wtórnych
METABOLIZM
Szlaki metaboliczne charakteryzują się tym, że:
1) poszczególne reakcje są swoiste
- reakcja swoista wytwarza z określonych substratów tylko jeden konkretny produkt (lub też
grupę produktów)
swoistość reakcji zapewniają ENZYMY
2) całkowity zbiór reakcji w danym szlaku jest termodynamicznie korzystny
- przebieg reakcji termodynamicznie niekorzystnej jest możliwy dzięki sprzężeniu jej z reakcją
termodynamicznie korzystną
większość reakcji termodynamicznie niekorzystnych przebiega dzięki
energii uwolnionej z hydrolizy ATP
METABOLIZM
Te same aktywowane przenośniki są wykorzystywane w różnych szlakach metabolicznych
1. Aktywowane przenośniki grup fosforanowych
ż� ATP
ż� GTP
2. Aktywowane przenośniki elektronów w utlenianiu cząsteczek paliwa komórkowego
ż� NADH
ż� FADH2
3. Aktywowane przenośniki elektronów w biosyntezie redukcyjnej
ż� NADPH
4. Aktywowany przenośniki fragmentów dwuwęglowych
ż� koenzym A
Aktywowane przenośniki są wykorzystywane do przeprowadzenia
reakcji endoergicznych
METABOLIZM
Uniwersalnym środkiem wymiany energii w układach biologicznych jest ATP
ATP - adenozynotrifosforan
Adenina
Wiązania
wysokoenergetyczne
Adenozyna
Ryboza
Reszty fosforanowe
Adenozynodifosforan (ADP)
Adenozynotrifosforan (ATP)
METABOLIZM
Żywe układy biologiczne wymagają ciągłego dopływu energii,
aby wykonywać różne zadania
Energia przeznaczona
Energia ze słońca
na pracę komórki oraz
lub z pożywienia
do syntez chemicznych
Nieorganiczny fosforan
(Pi)
Energia w organizmach jest niezbędna do 3 głównych zadań:
�� Rośliny uzyskują energię
1) pracy mechanicznej w czasie skurczu mięśni i innych
w procesie fotosyntezy
ruchów komórkowych;
�� Zwierzęta uzyskują energię
2) aktywnego transportu cząsteczek i jonów;
w procesie oddychania komórkowego
3) syntezy makrocząsteczek i innych biocząsteczek z
prostych związków
METABOLIZM
Powstawanie związku wysokoenergetycznego  ATP nazywamy FOSFORYLACJ

ADP + Pi + energia "! ATP
Wyróżniamy trzy podstawowe typy fosforylacji
1. fosforylacja fotosyntetyczna
Gradient protonowy w poprzek błony utworzony w wyniku fotosyntezy zasila syntezę ATP
2. fosforylacja oksydacyjna
Gradient protonowy w poprzek błony utworzony w wyniku utleniania cząsteczek paliwa
komórkowego zasila syntezę ATP
3. fosforylacja substratowa
Przeniesienie reszty fosforanowej ze związku fosforanowego o wysokiej energii (substrat)
bezpośrednio na ADP przez enzymy
Ten sposób wytwarzania ATP nie wymaga udziału tlenu i zachodzi np. w glikolizie oraz
cyklu Krebsa
METABOLIZM
 Wysokoenergetyczne fosforany:
Fosfoenolopirogronian 62 kJ mol-1
Fosforan kreatyny 43
ATP (AMP, dwufosforan) 36
Fosforan L-argininy 32
ATP (ADP, monofosforan) 31
 Niskoenergetyczne fosforany:
Aldozo-1-fosforan 21 kJ mol-1
Aldozo-6-fosforan 14
Estry fosforanowe 9
METABOLIZM
Oprócz energii zmagazynowanej w ATP, komórki mogą uzyskiwać energię również
w procesach utleniania-redukcji
W komórkach istnieje pula związków określanych jako równoważniki redukujące (tzw.
 siła redukcyjna ), czyli związków mogących przyłączać i oddawać elektrony
REDUKCJA  przyjęcie elektronu
UTLENIENIE  oddanie elektronu
Redukcja
Cząsteczka organiczna Koenzym NAD+ Utleniona cząsteczka NADH + H+ (proton)
zawierająca dwa atomy H (nośnik elektronu) organiczna (zredukowany nośnik elektronu)
Utlenienie
METABOLIZM
Dinukleotyd nikotynoamidoadeninowy oraz fosforan tego nukleotydu
Forma utleniona Forma zredukowana
Cząsteczka NADP+ różni się
NAD+ NADH + H+
do NAD+ obecnością reszty
NADP+ NADPH + H+
fosforanowej przy węglu 2'
rybozy nukleotydu
adeninowego
Miejscem działania jest
Miejsce
reaktywne
amid kwasu nikotynowego
Dinukleotyd flawinoadeninowy
Forma zredukowana
Forma utleniona
FADH2
Miejsce FAD
reaktywne
Miejsce reaktywne
NADPH + H+ bierze udział w procesach biosyntezy
NADH + H+ oraz FADH2 służą głównie do wytwarzania ATP
METABOLIZM
Grupy acetylowe odgrywają istotną rolę zarówno w katabolizmie  w procesach
utleniania kwasów tłuszczowych, jak i w anabolizmie  w procesach syntezy lipidów
błonowych
Koenzym A
Grupa reaktywna
Reszta
Reszta Reszta
adenozynodifosforanu
�-merkaptoetyloaminy kwasu pantotenowego
z resztą fosforanową
przy at. C 3
Acetylo-CoA
O
tzw. aktywny octan
H3C C S CoA
Reszta acetylowa
Przeniesienie grupy acetylowej z acetylo-CoA kest reakcją egzoergiczną
METABOLIZM
Niektóre przenośniki aktywowanych grup
Cząsteczka przenośnika Grupa przenoszona
w formie aktywowanej
ATP Fosforylowa
NADPH, NADH, FADH2 Elektrony
Koenzym A Acylowa
Tetrahydrofolian Fragmenty jednowęglowe
S-Adenozylometionina Metylowa
Urydynodwufosforan Glukoza
METABOLIZM
Typy reakcji w metabolizmie
Rodzaj reakcji Opis
Reakcja Przeniesienie elektronów
oksydoredukcyjna
Ligacja wymagająca ATP Tworzenie wiązania kowalencyjnego (np. wiązania C-C)
Izomeryzacja Rearanżacja atomów prowadząca do powstania atomów
Przeniesienie grupy Przeniesienie grupy funkcyjnej z jednej cząsteczki na drugą
Hydroliza Rozszczepienie wiązania z udziałem wody
Dołączenie lub odłączenie Dodanie grupy funkcyjnej do wiązania podwójnego lub
grupy funkcyjnej usunięcie z utworzeniem wiązania podwójnego
METABOLIZM
Sposoby regulowania procesów metabolicznych
1. Kontrola ilości enzymów
Polega przede wszystkim na zmianie szybkości transkrypcji kodujących je genów
2. Kontrola katalitycznej aktywności enzymów
ż� Kontrola allosteryczna
ż� Hamowanie na zasadzie sprzężenia zwrotnego
ż� Odwracalna modyfikacja kowalencyjna
3. Kontrola dostępności substratów
Kompartmentacja rozdziela przeciwstawne reakcje. Przekazywanie substratów z jednego
przedziału komórki do drugiego może służyć jako sposób regulacji