" reakcja egzoenergetyczna, czyli
przebiegajÄ…ca z wydzielaniem siÄ™ energii
" reakcje przebiegajÄ…ce z dostarczaniem
energii do układu to reakcje
endoenergetyczne.
" Ciepło wydzielone z organizmu pod wpływem pracy
mięśni w trakcie ucieczki zająca lub ciepło wydzielane
na ogrzanie organizmu jest namacalnym dowodem
przebiegu wielu złożonych procesów
egzoenergetycznch, z wyniku których wydzielana jest
energia.
" w wyniku fotosyntezy ze związków prostych powstają
złożone związki organiczne, a do jego przebiegu
niezbędna jest energia światła słonecznego. Zatem
sumarycznie fotosynteza jest procesem
endoenergetycznym.
Mitochondria dostarczają energii użytecznej biologicznie
w postaci ATP.
ATP (adenozynotrifosforan) nazywany jest
uniwersalnym akumulatorem i przenośnikiem energii,
głównym jego z
ródłem jest proces oddychania
wewnątrzkomórkowego, polegającego na utlenianiu
związków organicznych w następującej kolejności:
węglowodany, tłuszcze i białka. Najwydatniejsze -
tlenowe etapy tego procesu zachodzą właśnie w
mitochondriach.
ATP adenozynotrifosforan
ATP+ H2O ADP+ Pi
ADP+ H2O AMP+ Pi
" ATP Å‚Ä…czy reakcje egzoergiczne z
endoergicznymi
reakcje egzoergicznenp. glikoliza
3 możliwości
fosforylownia ADP do
ATP
ADP+ Pi
ATP:
1. Fosforylacja
substratowa
2. Fosforylacja
fotosyntetyczna
3. Fosforylacja
oksydacyjna
reakcja endoergiczna, np. synteza białka
PROCES WEWN
TRZKOMÓRKOWEGO
ODDYCHANIA TLENOWEGO
" PROCES EGZOERGICZNY  ENERGIA JEST UWALNIANA
" NAJWAŻNIEJSZA REAKCJA KATABOLICZNA -
WYSOKOENERGETYCZNY SUBSTRAT JEST ROZKA
ADANY DO
NISKOENERGETYCZNYCH PRODUKTÓW
wysokoenergetyczny
C
substrat
ATP
+
niskoenergetyczne
A
B
produkty
poziom energetyczny
oddychanie komórkowe rozdzielone jest
na kilka etapów, gdzie każdy etap
przebiega w innym miejscu w komórce i
składa się z szeregu procesów
biochemicznych. Efekt energetyczny
każdego jest etapu magazynowany w
wiÄ…zaniach chemicznych ATP.
Porównywana cecha SPALANIE ODDYCHANIE
TLENOWE
1. Reakcja A
ączenie się węgla z Odłączanie wodoru od
dostarczajÄ…ca energii tlenem substratu i stopniowe
przenoszenie go na tlen
2. Produkt reakcji CO2 H2O
3. Wytworzona energia Uwolniona w postaci Zmagazynowana w
ciepła ATP (tylko w niewielkiej
ilości rozproszona w
postaci ciepła)
²-oksydacja
GLIKOLIZA
DEAMINACJA
NAJWAŻNIEJSZY
W
ZEA
METABOLICZNY
centrum komunikacyjne komórki
glukoza alanina
szczawiooctan pirogronian mleczan
²-oksydacja
kwasy tłuszczowe
acetylo-CoA
synteza
ciała ketonowe cholesterol
UTLENIANIE KOC
COWE W
CYKL KREBSA
A
AC
CUCHU ODDECHOWYM
Acetylo-CoA stanowi  punkt styku różnych przemian biochemicznych
glikoliza
a
z
e
n
e
a
g
i
j
j
o
c
c
e
k
a
n
a
n
o
i
e
k
r
m
u
l
a
g
e
d
powstawanie acetylo-CoA jest pierwszym wspólnym
etapem trzech niezależnych szlaków utleniania
i rozkładu związków organicznych do postaci
dwuwÄ™glowej (glikoliza, deaminacja, i ²-oksydacja);
w tym miejscu Å‚Ä…czÄ… siÄ™ wszystkie trzy szlaki,
w tym etapie następuje rozdzielenie szlaków
oddychania tlenowego i beztlenowego
(powstawanie acetylo-CoA jest determinuje szlak
oddychania tlenowego)
Oddychanie komórkowe składa się z 4 etapów:
" 1. glikoliza,
" 2. powstawanie acetylo-CoA,
" 3. cykl Krebsa,
" 4. łańcuch oddechowy.
Reakcje redoks w skrócie polegają na utlenianiu jednego
zwiÄ…zku przy jednoczesnej redukcji innego.
" w pojęciu biologicznym utlenianie wiąże się ze
spalaniem i rozkładem złożonych związków
organicznych celem uwolnienia energii
" sama reakcja redoks nie koniecznie musi być związana
z rozkładem złożonych związków na proste
" wiąże się ze zmianą stopnia utlenienia bądz
atomów
bÄ…dz
grup atomów (grup chemicznych).
" grupa, która oddaje elektrony (donor lub dawca) nazwany jest
reduktorem, natomiast biorca (akceptor)  utleniaczem.
Tymczasowe przenośniki energii, elektronów i protonów H+
1. NAD+ dinukleotyd nikotynamidoadeninowy
NAD+ (utleniony przenośnik wodoru)
NADH (zredukowany przenośnik wodoru)
2. FAD+ dinukleotyd flawinoadeninowy
FAD+ (utleniony przenośnik wodoru)
FADH2(zredukowany przenośnik wodoru)
GLIKOLIZA
" zachodzi w cytoplaz
mie komórki
" nie wymaga obecności tlenu
" stanowi wspólny etap oddychania
tlenowego i beztlenowego
" Polega na przekształceniu glukozy (C6) w
kwas pirogronowy (2 czÄ…steczki C3)
" Powstaje przy tym 2 NADH2 i 2 ATP
-difosforan
fosfodihydroksyaceton
Aldehyd 3-fosfoglicerynowy
difosfoglicerynian
2 x fosforylacja substratowa
Zysk energetyczny z rozkładu 1
czÄ…steczki glukozy: 2 NADH2 i 4 ATP,
ale 2 cząsteczki ATP zostały utracone
na poczÄ…tku glikolizy czyli mamy 2
czÄ…steczki ATP.
FOSFORYLACJA SUBSTRATOWA
Zachodzi, gdy reszta fosforanowa zostanie przeniesiona bezpośrednio na
ATP z wykorzystaniem energii organicznego substratu (często to on sam
jest dawca reszty fosforanowej). Nie wymaga udziału tlenu, zachodzi w
glikolizie i cyklu Krebsa.
Ufosforylowanie glukozy w celu jej zaktywowania kosztem ATP
izomeryzacja
Kolejne ufosforylowanie
rozkład
Dehydrogenacja, czyli odwodorowanie z udziałem NAD+ oraz przyłączenie
nieorganicznej reszty fosforanowej do kwasu
2ADP 2ATP
Wysokoenergetyczne wiÄ…zania w czÄ…steczkach 1,3-difosforanu wykorzystywane
sÄ… do przeprowadzenia fosforylacji substratowej
Dehydratacja -
odwodnienie
Kolejna fosforylacja
substratowa
ODDYCHANIE BEZTLENOWE
1. Redukcja pirogronianu do mleczanu (fermentacja mlekowa)
C6H12O6 + 2ADP + 2P 2 CH3CHOHCOO- + 2 ATP
np. w mięśniach podczas intensywnej
pracy kiedy narasta dług tlenowy,
przeprowadzana przez niektóre bakterie
2. Przekształcenie pirogronianu w alkohol etylowy (etanol) (fermentacja alkoholowa)
" Kwas pirogronowy ulega dekarboksylacji do aldehydu octowego (dekarboksylaza
pirogronianowa)
" Redukcja aldehydu do alkoholu (dehydrogenaza alkoholowa) (np. drożdże)
C6H12O6 + 2ADP + 2P 2 CH3CH2OH + 2 CO2 + 2 ATP
W OBU PRZYPADKACH DOCHODZI DO RESTYTUCJI NAD Z NADH UZYSKANEGO
W PROCESIE GLIKOLIZY
REAKCJA POMOSTOWA: OKSYDACYJNA DEKARBOKSYLACJA
PIROGRONIANU
na terenie mitochondrium czÄ…steczki pirogronianiu (po dwie czÄ…steczki
pirogronianiu z każdej jednej cząsteczki glukozy) ulegają dekarboksylacji
(pozbawienie grupy karboksylowej  w tym przypadku z efektem wydzielania CO2)
oraz utlenieniu (w tym przypadku poprzez dehydrogenację, czyli odłączenie
atomów wodoru).
DWUW
GLOWE GRUPY ACETYLOWE A

CZ
SI
Z KOENZYMEM A 
TWORZ
C acetylo-CoA.
Bilans tego procesu to: 2 cząsteczki acetylo-CoA będącego  dostawcą
dwuwęglowych grup acetylowych od Cyklu Krebsa,
2 cząsteczki NADH dostarczające protony do łańcucha oddechowego oraz
dwie czÄ…steczki CO2 na jednÄ… czÄ…steczkÄ™ glukozy
Zysk energetyczny : 2 NADH2
Autor Pisum
Cykl Krebsa
" Zachodzi w matrix mitochondrium
" Polega na kolejnym utlenianiu kwasów
organicznych z uwolnieniem czÄ…steczek
CO2 i H2
" Każda cząsteczka acetylo-CoA
wchodzÄ…ca w cykl dostarcza:
" 3 czÄ…steczek NADH2
" 1 czÄ…steczki FADH2
" 1 czÄ…steczki ATP
 Ogólny schemat:
1) Acetylo-CoA (2C) po wejściu do cyklu kondensuje ze związkiem czterowęglowym
(szczawiooctan) tworząc kwas sześciowęglowy trikarboksylowy (cytrynian)
2) jest następnie Izomer cytrynianu oksydacyjnie dekarboksylowany do związku
pięciowęglowego (alfa-ketoglutaran)
3) ZwiÄ…zek 5C znowu ulega dekarboksylacji oksydacyjnej do 4C (bursztynian)
4) Bursztynian zostaje przekształcony spowrotem do szczawiooctanu
Cykl Krebsa
 Ogólna funkcja: - odbieranie wysokoenergetycznych elektronów z substratów energetycznych i
przekazanie ich w postaci NADH, FADH2 do fosforylacji oksydacyjnej (sam cykl nie dostarcza
ATP, dopiero fosforylacja oksydacyjna)
Sumarycznie równanie cyklu Krebsa przedstawia się następująco:
acetylo-CoA + 3NAD + FAD + ADP + Pi + 2H2O = 2CO2 +
3NADH+ + FADH2 + ATP + 2H+ + CoA
Podczas jednego, pełnego obrotu cyklu Krebsa powstają
3 czÄ…steczki NADH,
1 czÄ…steczka FADH2
1 czÄ…steczka GTP.
Najbardziej wszechstronnym nośnikiem energii w komórce jest ATP. GTP jest
Å‚atwo zamieniany na ATP przez odpowiedni enzym.
Natomiast NADH i FADH2 biorą udział w mitochondrialnym łańcuchu oddechowym
- przemianie, która zamienia energię tych zredukowanych związków na energię
wiązań ATP. Niezbędnym uczestnikiem łańcucha oddechowego jest tlen.
Jedna cząsteczka NADH pozwala wyprodukować 3 cząsteczki ATP,
a jedna czÄ…steczka FADH2 - 2 czÄ…steczki ATP.
Nietrudno więc obliczyć, że jeden pełny obrót cyklu Krebsa pozwala wytworzyć
12 cząsteczek ATP - uniwersalnego nośnika energii dla komórki (3 x 3 + 1 x 2 + 1 =
12).
Rysunek: Schemat
łańcucha oddechowego;
szare strzałki prezentują
kierunek transportu
2
protonów, czerwone
strzałki  elektronów.
3
1
4
4
Pierwsze ogniwo Protony Same Jony H+
2 3
1
łańcucha H+ są aktywnie elektrony wracające do matrix z
przenośników przepompowywane z przekazywane są dużą energią
błonowych matriks do przestrzeni kolejno poprzez FMN, kinetyczną przez
mononukleotyd perymitochondrialnej Q, cyt b, cyt c1, cyt c tunele białkowe
flawinowy (FMN) dzięki kolejnym ogniwa oraz kompleks umożliwiają syntezę
odbiera z NADH i łańcucha oksydazy ATP.
NADH2 nadwyżkowe oddechowego: FMN, cytochromowej
elektrony i protony ubichinon Q, (kompleks ten składa
cytochrom b. Tworzy siÄ™ z cyt a oraz cyt a3)
siÄ™ gradient protonowy.
na tlen.
FOSFORYLACJA OKSYDACYJNA
Synteza ATP z ADP jest sprzężona z reakcjami redoks!
Do syntezy ATP wykorzystywana jest energia elektronów i protonów
przekazywanych na tlen poprzez łańcuch przenośników błonowych
łańcucha oddechowego
ETAP UWALNIANA ZYSK W ATP
CZ
STECZKA
GLIKOLIZA 2 czÄ…steczki 2 x 2 ATP = 4 ATP
NADH2
(nie po 3 ATP ze względu na
koszty transportu NADH2 z
cytoplazmy do mitochondrium)
4 czÄ…steczki ATP 4 ATP  2 ATP = 2 ATP
(odjęte 2 ATP zużywane w
glikolizie na zapoczÄ…tkowanie
procesu fosforylacji glukozy i
fruktozo-6-fosforanu)
DEKARBOKSYLACJA 2 czÄ…steczki 2 x 3 ATP = 6 ATP
OKSYDACYJNA
NADH2
PIROGRONIANU
2 czÄ…steczki FADH2
CYKL KREBSA 2 x 2 ATP = 4 ATP
6 czÄ…steczek NADH2
6 x 3 ATP = 18 ATP
2 czÄ…steczki GTP
2 GTP = 2 ATP
RAZEM
36 ATP
Cecha Oddychanie Oddychanie
beztlenowe tlenowe
Substrat glukoza Glukoza i O2
oddechowy
Punkt końcowy Kwas mlekowy CO2 i H2O
Miejsce cytozol Cytozol i wnętrze
zachodzenia mitochondrium
etapy Glikoliza i Glikoliza, reakcja
odtwarzanie NAD+ pomostowa, cykl
Krebsa, utlenianie
końcowe
Liczba moli ATP z 1
mola glukozy:
-brutto
4 mole ATP 40 moli ATP
-netto
2 mole ATP 36 moli ATP
NAJMNIEJSZA INTENSYWNOŚĆ ODDYCHANIA:
" Przetrwalniki
" Zarodniki
" Suche nasiona
SPOWOLNIONY PROCES:
" Komórki starzejące się, komórki zwierząt zapadających
w sen zimowy
CZYNNIKI HAMUJ
CE INTENSYWNOŚĆ ODDYCHANIA:
" Wysokie stężenie CO2
" Niskie steżenie tlenu
" Zmniejszenie uwodnienia komórek
" Obniżona temperatura
Zmniejszenie intensywności oddychania wpływa korzystnie na
przechowalnictwo owoców, warzyw i nasion
" Obniżenie temperatury przechowywania owoców i warzyw
" Zapobieganie stratom cennych materiałów zapasowych,
zachodzÄ…cym wskutek oddychania
" Wzrost zawartości cukru w niektórych owocach
" Powstrzymywanie rozwoju szkodliwych mikroorganizmów
" Obniżenie zawartości tlenu
" Wprowadzenie do szczelnych komór z owocami i warzywami CO2,
azotu itp.,
" Wprowadzenie nasion w stan anabiozy drogÄ… dostatecznego
wysuszenia (nasiona ograniczają funkcje życiowe nie tracąc
zdolności do kiełkowania)
NAJWI
KSZA INTENSYWNOŚĆ ODDYCHANIA:
" Komórki tkanek : twórczych, młodych, regenerujących się
HORMONY PODNOSZ
CE TEMPO METABOLIZMU
" U zwierząt: somatotropina, tyroksyna, trójjodotyronina, insulina
" U roślin: auksyny, gibereliny, cytokininy
²-oksydacja (matrix mitochondrialna)
kwasy tłuszczowe utleniane do dwuwęglowych grup acetylowych, które łączą się z
koenzymem A tworzÄ…c acetylo-CoA
Cząsteczka tłuszczu glicerol + kwas tłuszczowy
²-oksydacja
NAD+
fosfodihydroksyaceton NADH
(do glikolizy)
FAD
FADH2
aldehyd 3-fosfoglicerynowy
acetylo-CoA
Do cyklu Krebsa, a następnie co
łańcucha oddechowego
Deaminacja
Podstawowym procesem włączania aminokwasów do procesów oddychania
komórkowego jest deaminacja, czyli usuwanie grupy aminowej, która przekształcana
jest w amoniak, następnie mocznik i wydalana z moczem.
Poszczególne ketokwasy (aminokwasy po deaminacji) włączane są na różnych etapach
oddychania komórkowego w zależności od ilości atomów węgla np. alanina
przekształcana jest w pirogronian, a glutamina w ą-ketoglutaran (jeden z elementów
Cyklu Krebsa).
Aminokwas ketokwas + NH4+
toksyczny
jon
amonowy
Oddychanie
komórkowe
SYNTEZA GLUKOZY Z NIEW
GLOWODANOWYCH
PREKURSORÓW  GLUKONEOGENEZA
" Glukoneogeneza  szlak metaboliczny odgrywający ważną
rolę w komórkach mózgu i erytrocytach, w których glukoza
stanowi jedyne paliwo energetyczne
" Dzienne zapotrzebowanie mózgu człowieka - 120 g glukozy
(całego organizmu  160 g)
" Ilość glukozy łatwo dostępnej z glikogenu wynosi ok. 190 g
(zapas dobowy)
" Aby przeżyć dłuższy okres głodowania, organizm musi
wytwarzać glukozę z innych biomolekuł
NIEW
GLOWODANOWE PREKURSORY GLUKOZY
" Podczas szlaku glukoneogenezy pirogronian przekształca
się w glukozę (szlak w niektórych etapach jest
odwróceniem glikolizy)
" Głównymi prekursorami glukozy są:
- mleczan
- glicerol
- niektóre aminokwasy