Metabolizm – reakcje chem. związane z przemianą energii zachodzące w żywych kom. Procesy te pozwalają kom. na wzrost i rozmnażanie, zarządzanie swoją strukturą wewn. oraz odpowiadanie na bodźce zewn.

Anabolizm – proces metabolizmu komórkowego, w wyniku którego prostsze subs. łączą się w związku o skomplikowanych strukturach, co prowadzi do gromadzenia energii, prod. nowych materiałów kom., wzrostu i różnicowania komórek. Wymaga dostarczenia energii. (reakcja endoergiczna – reakcja chemiczna przebiegająca z pochłanianiem energii)

Katabolizm – procesy metabolizmu kom. polegające na rozszczepianiu dużych cząsteczek organicznych (dostarczanych z pożywieniem lub wewnątrzkomórkowych subs. zapasowych) do drobnocząsteczkowych. Prowadzą do uwolnienia energii. (reakcja egzoergiczna – reakcja chemiczna przebiegająca z wydzieleniem energii z układu reakcyjnego do otoczenia)

ATP (adenozynotrójfosforan) – jest nukleotydem czyli związkiem składającym się z 3 części: zasady azotowej (adeniny), monosacharydu (cukru prostego - pentozy), 3 grup kwasu ortofosforowego. ATP powstaje przez przyłączenie fosforanu nieorganicznego (Pi) do ADP przy udziale energii. Jest to reakcja odwracalna, bowiem ATP może ulec hydrolizie na ADP i Pi: ADP+Pi+E=ATP

Hydroliza ATP wiążę się z uwolnieniem dużych ilości zmagazynowanej energii. ATP powstaje w wyniku: Fosforylacji substratowej (warunki beztlenowe w np. mięśniach), fosforylacji oksydacyjnej (warunki wyłącznie tlenowe).

ADP (adenozynodifosforan) – organiczny związek chemiczny, nukleotyd złożony z rybozy, adeniny i dwóch grup fosforanowych; po przyłączeniu jednej grupy fosforanowej powstaje ATP, z utworzeniem wysokoenergetycznego wiązania bezwodnikowego. ADP powstaje z ATP w wyniku hydrolizy lub przeniesienia 1 reszty fosforowej z ATP na akceptor (np. glukozę lub białko).

AMP (adenozynomonofosforan) – rybonukleotyd powstający w wyniku przyłączenia reszty fosforanowej do węgla adenozyny: adenozyna + ATP → AMP + ADP

Podczas rozpadu RNA powstają monofosforany nukleozydów w tym AMP.

W wyniku przemian metabolicznych AMP może zostać przekształcony do kwasu moczowego, który jest następnie wydalany z organizmu.

Węglowodany C_nH_2nO_n:

• Cukry proste (monosacharydy) dzielimy na: triozy (o 3 atomach węgla), tetrozy (o 4 atomach węgla), pentozy (o 5 atomach węgla np. ryboza, rybuloza), heksozy (o 6 atomach węgla np. glukoza, galaktoza, fruktoza), heptozy( o 7 atomach węgla).

• Cukry złożone dzielimy na: disacharydy (dwucukry proste), oligosacharydy i polisacharydy (wielocukry). Wielocukry możemy jeszcze podzielić na roślinne: celuloza (nietrawiona), skrobia (trawiona); zwierzęce: glikogen.

Dwucukry:

maltoza glukoza + glukoza

sacharoza glukoza + fruktoza

laktoza glukoza + galaktoza

Fosforylacja oksydacyjna – synteza ATP z ADP i Pi w oddychaniu tlenowym. Składa się z dwóch etapów: łańcucha oddechowego (polegającego na transporcie elektronów z NADH i FADH₂ na tlen) i syntezy ATP. Proces syntezy ATP, zachodzący dzięki energii uzyskanej w wyniku przeniesienia elektronów z NADH lub FADH₂ na O₂ przez szereg przenośników elektronów (łańcuch oddechowy). Utlenianie NADH lub FADH₂ sprzężone jest z fosforylacją dzięki gradientowi protonowemu wytworzonemu w poprzek wewn. błony mitochondrialnej.

Utlenianie substratów energetycznych (np. oksydacja, dekarboksylacja pirogronianu, cykl Krebsa, B-oksydacja). Przeniesienie elektronów na NAD+ lub FAD. Powstawanie NADH lub FADH₂. Utlenianie NADH lub FADH₂ na łańcuchu oddechowym. Przeniesienie elektronów na przenośniki elektronowe w łańcuchu oddechowym, ostatecznie na O₂. Wydzielenie energii służącej do wypompowania jonów H+ z matriks mitochondrialnego do przestrzeni miedzybłonowej. Wytworzenie siły protonomotorycznej gradientu pH i transbłonowego potencjału elektrycznego. Powrót jonów H+ do matriksu mitochondrialnego przez syntezę ATP. Uwolnienie energii. Synteza ATP.

Fosforylacja substratowa – reakcja chemiczna, która ma miejsce, gdy reszta fosforanowa zostanie przeniesiona ze związku ufosforylowanego – substratu – bezpośrednio na ADP przez enzymy, najczęściej z grupy kinaz. Ten sposób wytwarzania ATP nie wymaga udziału tlenu i zachodzi np. w glikolizie oraz cyklu Krebsa. Ten sposób wytwarzania ATP jest ewolucyjnie najstarszy, jednak ilość związków, które mogą wejść w reakcję fosforylacji substratowej jest ograniczona. Fosforylacja ta pozwala, np. mięśniom szkieletowym funkcjonować sprawnie podczas dużego wysiłku fizycznego przy niedostatecznym dopływie tlenu.

Substrat wysokoenergetyczny (ufosforylowany) + ADP → produkt niskoenergetyczny + ATP

Glikoliza jest szlakiem metabolicznym przekształcającym jedną cząsteczkę glukozy w dwie

cząsteczki pirogronianu. Zachodzi przez szereg metabolitów pośrednich. Składa się na niego 10 reakcji enzymatycznych przebiegających w cytoplazmie. Zachodzi w cytoplazmie.

Funkcje glikolizy: Wstępny rozkład 6-węglowej glukozy na dwie 3-węglowe cząsteczki pirogronianu oraz dostarczanie 3-węglowych związków do innych cykli metabolicznych. Produkcja energii w postaci ATP. Zachodzi w komórkach mięśni (głównie szybko kurczliwych) oraz w krwinkach czerwonych. Zysk energetyczny: 2 ATP z 1 glukozy. W warunkach beztlenowych powstaje mleczan i 2 ATP, w warunkach tlenowych powstaje acetyloCoA, CO₂, H₂O i 30 ATP.

Glukoneogeneza – proces anaboliczny – synteza glukozy. Prekursorami są aminokwasy i mleczan pochodzące z mięśni i erytrocytów oraz glicerol pochodzący z rozkładu triacylogliceroli. Zachodzi w wątrobie i kanalikach nerkowych, w mitochondriach, cytoplazmie i retikulum endoplazma tycznym. Utrzymuje właściwy poziom glukozy we krwi po wyczerpaniu zasobów glikogenowych. Glukoneogeneza może dostarczyć około kilkaset gramów glukozy na dobę. Reakcje:

cytoplazma: mleczan ulega utlenieniu do pirogronianu (dehydrogenaza mleczanowa)

mitochondriom: pirogronian i aminokwasy ulegają przemianie do szczwaiooctanu. szczawiooctan zostaje zredukowany do jabłczanu, który opuszcza mitochondriom.

cytoplazma: jabłczan zostaje utleniony do szczawiooctanu i przekształcony do fosfoenelopirogronianu przez enzym zależny od GTP; kolejne reakcje są odwróceniem glikolizy, aż do wytworzenia fruktodifosforanu. Odłączenie P od fruktodisfosforanu prowadzi do wytworzenia fruktofosforanu, z którego w wyniku działania izomerazy powstaje glukofosforan.

retikulum endoplazmatyczne: glukozofosfataza odłączona kolejną P i powstaje glukoza.

Glikogen – polisacharyd, którego cząsteczki zbudowane są z połączonych ok. 100 000 reszt D-glukozy. W organizmach zwierzęcych jest gromadzony w wątrobie. Jego cząsteczki są bardzo rozgałęzione, łańcuchy są krótkie. Glikogen w miarę potrzeby może być szybko rozkładany do glukozy, uwalniana glukoza może być źródłem energii w przemianach beztlenowych. Glikogen występuje w cytoplazmie. Rozkład glikogenu (glikogenoliza) przebiega dwoma torami: fosforolitycznym i hydrolitycznym. Rozkład ten jest indukowany działaniem glukagonu (hormon produkowany przez komórki trzustki), a skutkiem tego procesu jest podniesienie poziomu cukru we krwi. Rozkład glikogenu w wątrobie spowodowany jest zapotrzebowaniem organizmu na cukier. Odwrotny proces zachodzi w momencie oddziaływania insuliny, kiedy to zachodzi wiązanie glukozy z krwi w glikogen w wątrobie (glikogenogeneza).

Łańcuch oddechowy – utlenianie węgla i wodoru w związkach organicznych prowadzi do powstawania CO₂ i H₂O (CO₂ powstaje w cyklu Krebsa). W cyklu Krebsa tworzą się NADH i FADH₂ – nośniki elektronów o wysokim potencjale przenoszenia, które stają się substratami łańcucha oddechowego. W łańcuchu oddechowym elektrony z NADH i FADH₂ zostają przeniesione na tlen. Tlen ulega redukcji i łączy się z jonami wodoru tworząc wodę metaboliczną.

Cykl Krebsa (cykl kwasy cytrynowego) – centralny szlak metaboliczny, w którym zbiegają się drogi procesów utleniania podstawowych substratów pokarmowych: cukrów (glukozy), kwasów tłuszczowych i aminokwasów po deaminacji. Produktem glikolizy tlenowej i B-oksydacji jest acetyloCoA i staje się substratem cyklu Krebsa. Cały proces ma miejsce w matriks mitochondrium. Jest końcowym etapem utleniania węglowodanów, kwasów tłuszczowych i aminokwasów prowadzącym do całkowitego utleniania tych związków do CO₂. Dostarcza elektronów z utlenianych substancji do (za pomocą NADH i FADH₂) łańcucha oddechowego gdzie powstaje drugi produkt kompletnego rozkładu związków organicznych – H₂O.