Pośrednia przemiana materii

• Losy podstawowych składników pokarmowych

• Degradacja biopolimerów w przewodzie
  pokarmowym - fizjologia trawienia - I etap

• Komórkowe procesy kataboliczne monomerów
  powstałych z spożywanych polimerów oraz
  związków powstałych z degradacji lipidów

• Pozyskiwanie energii w procesach katabolicznych
  - ATP jako najważniejszy przenośnik energii
  chemicznej

• Magazynowanie energii chemicznej i cieplnej
  niezbędnej do utrzymania podstawowych funkcji
  życiowych

W każdej komórce przebiega setki reakcji chemicznych, które określa się jako przemiana materii (metabolizm)

• Metabolizm - to wszystkie zachodzące w komórce reakcje chemiczne.

• Reakcje chemiczne składające się na metabolizm są zorganizowane w szlaki metaboliczne, w których substraty przekształcane są najczęściej za pomocą enzymów w serii reakcji w produkty - metabolity

• Szlak metaboliczny - szereg następujących po sobie reakcji biochemicznych, w których produkt jednej reakcji jest substratem kolejnej. Reakcje szlaków są zwykle katalizowane przez enzymy, oraz podlegają ścisłej kontroli.

Metabolizm pośredni

• szlaki metaboliczne ssaków, które są wykorzystywane w degradacji substancji odżywczych a następnie w przebudowie ważnych dla życia biologicznych składników, jak też w gromadzeniu energii chemicznej, określa się pośrednią przemianą materii,

• jak przedstawia się zarys metabolizmu pośredniego, którego celem jest zapewnianie organizmowi podstawowego metabolizmu - spoczynkowego?

• metabolizmu spoczynkowy to tak zwana podstawowa przemiana materii, która ogranicza się do tego aby organizm w stanie spoczynku; dostarczał energii do utrzymania temperatury ciała i metabolicznej aktywności najważniejszych tkanek (u człowieka - mózgu, wątroby, nerek i mięśni, krążenia krwi i limfy, perystaltyki jelit i innych podstawowych funkcji życiowych)

pobieranie pokarmu → gromadzenie energii

Różne mechanizmy deaminacja przedstawione na przykładzie:
glutaminy, kwasu glutaminowego, alaniny, seryny

Rozkład aminokwasów
Degradacja aa:
1. usunięcie g. α-NH₂ w procesie deaminacji,
2. rozkład szkieletów węglowych.

Z 20 aa powstaje tylko 7 produktów rozpadu aa:
A. 4 związki cyklu Krebsa, B. pirogronian, C. acetooctan, D. acetylo-CoA.
A i B to aa - glukogenne
C i D to aa - ketogenne

Deaminacja:
Val, Leu, Ile oraz tyrozyna - pierwsza r. katab. jest transaminacja,

Ala i Asp transaminacja jest jedyną r. rozkładu

Deaminacja oksydacyjna tylko kwas glutaminowy Deaminacja hydrolityczna:
Gln, Asn

Cykl kwasu cytrynowego

Umiejscowiony w macierzy mitochondrialnej,

Zachodzi w nim 8-etapowe utlenianie grup acetylowych do CO2,

Powstające równoważniki redukcyjne są przenoszone na NAD+ lub FAD, a następnie włączane do łańcucha oddechowego

Bilans cyklu w 1 obiegu powstają:
♦2 cząsteczki CO₂ z jednej g. acetylowej
♦2 cząsteczki H₂O.
Jednocześnie tworzą się:
♦ 1 cząsteczka GTP,
♦ 3 cząsteczki NADH + H+
♦ 1 cząsteczka FADH₂

Utlenianie biologiczne - łańcuch oddechowy

၆w organizmach żywych nie może przebiegać zbyt gwałtownie ponieważ spowodowałoby to nadmierne zwiększenie temperatury i uszkodzenie komórek,

၆dlatego przebiega przez związki pośrednie, pomiędzy którymi występuje mały potencjał oksydacyjno-redukcyjny,

၆przepływ elektronów następuje od potencjału bardziej ujemnego do bardziej dodatniego

၆najwyższy potencjał dodatni ma tlen, który jako silny utleniacz jest ostatecznym biorcą elektronów

Różne są drogi elektronów, które trafią do łańcucha oddechowego

၆Łańcuch oddechowy składa się 3 białkowych kompleksów (I, III, IV) oraz z 2 cząsteczek przenośnikowych: ubichinonu (koenzymQ) i cytochromu c. Także dehydrogenaza bursztynianowa należąca do cyklu Krebsa jest przyporządkowana do łańcucha oddechowego jako kompleks II. Syntaza ATP mimo że nie bierze udział w transporcie elektronów nazwana jest kompleksem V

၆wszystkie kompleksy łańcucha oddechowego są zbudowane z licznych polipeptydów i zawierają różne związane z białkami koenzymy redoks

၆transport elektronów jest sprzężony z formułowaniem gradientu protonowego

Fosforylacji oksydacyjna zachodzi w mitochondriach i jest energetycznie sprzężony z gradientem elektrochemiczny protonów w poprzek błony mitochondralnej. Ten gradient powstaje podczas transportu elektronów i stanowi źródło energii dla syntazy ATP, która katalizuje powstawanie ATP z nieorganicznego fosforanu i ADP.

Fosforylacja substratowa
Zachodzi:
၆ podczas glikolizy
၆ w cyklu Krebsa
Nie zależy od obecności tlenu !

Biopolimery zawarte w pożywieniu: (białko, kwasy nukleinowe, węglowodany) nie mogą być bezpośrednio wykorzystane przez organizm.
၆dlatego w pierwszej kolejności muszą być rozłożone do monomerów,

၆następnie monomery w katabolicznych procesach są w dużym stopniu rozkładane do małych fragmentów,

၆powstałe w ten sposób metabolity są:

♦ albo wykorzystane w dalszych przekształceniach katabolicznych do pozyskania
energii,

♦ albo w przemianach anabolicznych służą do tworzenia nowych, bardziej złożonych
cząsteczek,

Szczególnie ważne metabolity

• Pirogronian

• Acetylo-CoA

• Glicerol

• Związki uczestniczące w cyklu Krebsa

Te cząsteczki są głównym ogniwem łączącym metabolizm białek, tłuszczów i węglowodanów.
Reakcji w cyklu cytrynowym mogą uczestniczyć w szlakach katabolicznych jak i anabolicznych, ma on więc charakter amfiboliczny

Produktami ubocznymi degradacji substancji organicznych w przemianie materii (u ludzi) są:

၆ ditlenek węgla - CO₂

၆ woda - H₂O
၆ amoniak - NH₃

Toksyczny NH3 jest u ssaków przekształcany w mocznik i w ten sposób wydalany.

Amoniak NH₃ w fizjologicznych występuje przeważnie jako jon amoniowy NH⁴⁺.
NH₃ i NH⁴⁺ są toksyczne i większych stężeniach wywierają szkodliwy wpływ na mózg.
Mocznik, dwuamid kwasu węglowego w przeciwieństwie do amoniaku nie jest zasadowy i dlatego jest względnie nietoksyczny. Powstaje on tylko w wątrobie w cyklu reakcji, które rozpoczynają się w mitochondrium a kontynuowane są w cytoplazmie. Oba azoty pochodzą z NH⁴⁺ a grupa ketonowa pochodzi z jonu wodorowęglowego.

Magazynowanie energii - ATP

၆ Najważniejszym procesem , który prowadzi do syntezy ATP, jest fosforylacja oksydacyjna, która może zachodzić, wówczas, gdy w szlakach katabolicznych przemiany materii powstają najpierw zredukowane koenzymy - NADH + H+, QH2, ETF*, biorące udział w przenoszeniu elektronów na tlen

၆ Ten silnie egzoergiczny proces przebiega w łańcuch oddechowym i wykorzystane jest pośrednio w syntezie ATP

၆ Podczas gdy NADH uczestniczy w procesie fosforylacji oksydacyjnej, to NADPH + H+ jest wykorzystywany jako bardzo podobny koenzym w procesie redukcji w szlakach anabolicznych

၆ NADPH + H+ jest najczęściej syntetyzowany w szlaku heksozomono-fosforanowym (szlak pentozowy)

* ETF - flawoproteina biorąca udział w transporcie elektronów

Funkcje cyklu Krebsa, dostarcza prekursorów dla szlaków anabolicznych:
1. glukozę
2. porfiryny
3. kwasy tłuszczowe
i izoprenoidy

Podsumowanie

၆Wszystkie komórki zdobywają energię ze środowiska przekształcając substancje pokarmowe w składniki komórkowe za pomocą wysoce zintegrowanego systemu reakcji chemicznych,

၆Podstawowa strategia metabolizmu polega na tworzeniu ATP, NADPH i prekursorów makrocząsteczek,

၆Podstawowe składniki pokarmowe w procesach katabolicznych przekształcają się w komórkach do acetylo-CoA,

၆Cykl kwasu cytrynowego i fosforylacja oksydacyjna to ostateczny etap w którym aktywny octan jest całkowicie utleniony do CO₂ oraz - w miarę przekazywania elektronów na O2 , będący ich ostatecznym akceptorem - wytwarzany jest ATP

---