5. Základní buněčné funkce

• organismy se odlišují od neživých přírodnin nejen svým složením a strukturou, ale i ději, které v nich probíhají, tj. rozmanitými projevy života

• k základním fcím kteréhokoliv živého organismu patří výměna látek a energií s okolím, látkový a energetický metabolismus, růst, pohyb, dráždivost, řídící a obranné procesy, rozmnožování a vývoj

1. METABOLISMUS

• soubor rozmanitých chemických reakcí, probíhajících v každém živém organismu po celou dobu jeho existence

• Látkový = v buňce dochází k přeměnám sacharidů a lipidů, syntetizují se informační molekuly a stavební látky

• Energetický = soubor všech reakcí, v buňce spojených se získáváním zdrojů energie nebo s uvolňováním energie

1. Anabolismus (asimilace)

• skladné procesy

• slouží k syntézám složitějších organických sloučenin z látek jednodušších

• děje endergonické = energie se při nich spotřebovává

• např. fotosyntéza, vznik škrobu z glukózy aj.

Katabolismus (disimilace)

• rozkladné procesy

• ze složitějších organických sloučenin vznikají látky jednodušší

• děje exergonické = energie se při nich uvolňuje

• např. dýchání

• Enzymy

• bílkovinné povahy, mají úlohu biokatalyzátorů

• bez nich by chemické reakce nemohly probíhat nebo by probíhaly příliš pomalu

• molekuly mohou být tvořeny pouze bílkovinnou nebo mohou kromě ní obsahovat nebílkovinnou účinnou složku - tzv. koenzym, odpovídající v tom případě za katalytickou fci enzymu

• Přenos energie v buňce

• buňka může přímo využít jen energii chemických vazeb, ta je rozváděna po buňce a podle potřeb využívána

• nejdůležitější z nich je sloučenina ATP, která slouží jako univerzální přenašeč energie v buňkách všech organismů včetně člověka

• buňka může využít také energii protonového gradientu (vytvořeného na membránách)

• v buňce je udržováno stálé množství molekul ATP bez ohledu na jejich spotřebovávání a uvolňování při reakcích. Dlouhodobě je energie uchovávána ve formě zásobních organických látek (sacharidy, lipidy, bílkoviny)

2. ANAEROBNÍ A AEROBNÍ METABOLICKÉ DĚJE

• štěpení energeticky bohatých sloučenin probíhá buď za přístupu kyslíku, nebo bez přístupu kyslíku:

1. Anaerobní metabolické děje

• probíhají bez přístupu kyslíku

• dokáží všechny buňky

• není vázáno na membránové struktury, probíhá v cytoplazmě

• jsou málo výkonné - zisk ATP je malý (využije méně než 5% energie ze substrátu)

• Anaerobní glykolýza

• štěpení uhlíkatého řetězce glukosy bez využití kyslíku

• vývojově původní způsob získávání energie, který dokáží všechny buňky

• * fruktosa 1,6 difosfát

• poté se štěpí na dvě tříuhlíkaté molekuly = glyceraldehyd 3 fosfát a dihydroxiacetonfosfát

• z glyceraldehydu postupně * pyruvát (=konečný produkt)

• energetický zisk: 2 molekuly ATP na jednu molekulu glukosy

• pyruvát dále může být převeden podle toho, jestli má kyslík na kyselinu mléčnou (*laktát) nebo na ethanol = pokud nemá kyslík, nebo má kyslík a * acetyl koenzym A

• Aerobní metabolické děje

• navazují na procesy anaerobní

• probíhají v mitochondriích

• nejrozšířenější typ látkové přeměny v živých soustavách

• umožňuje využít až 50% obsahu volné energie substrátu

• nejdůležitější aerobní reakce jsou Krebsův cyklus a β-oxidace a na ně navazující dýchací řetězec

• β-oxidace mastných kyselin

• probíhá v matrix

• mastná kyselina se aktivuje a * acetylkoenzym A

• acetylkoenzym A vstupuje do řetězce a dochází ke změnám na β uhlíku (=3.uhlík) → * o dva uhlíky kratší řetězec

• * také redukované koenzymy

• produkty β-oxidace vstupují do Krebsova cyklu a do dýchacího řetězce

• Krebsův cyklus (cyklus kyseliny citronové)

• probíhá v matrix

• vstupuje do něj acetyl koenzym A a * kyselina citronová (acetylkoenzym A * z pyruvátu při štěpení glukosy, nebo při štěpení mastných kyselin procesem β-oxidace, nebo štěpením některých aminokyselin)

• dochází 2x k oštěpení oxidu uhličitého (dekarboxylace) a uvolňuje se GTP

• vstupují tam molekuly vody, z nich se dehydrogenacemi získá vodík

• vodíky se vážou na 3 molekuly NAD+ a na 1molekulu FAD → * FADH2, NADH+H+, ty dále přenášejí vodík do dýchacího řetězce

• celkový zisk z Krebsova cyklu = FADH2 (1x), NADH+H+ (3x), GTP (1x)

• * zde naprostá většina oxidu uhličitého, který vydechujeme

• Dýchací řetězec

• probíhá v matrix

• řetěz oxidačně - redukčních reakcí

• elektrony (z NADH+H+ a FADH2) jsou přenášeny na kyslík za vzniku vody a uhlík je uvolňován v podobě oxidu uhličitého

• přenos elektronů je spojen se * ATP

• ATP * oxidativní fosforelací - energie redoxních dějů je využívána k pumpování H+ z matrix do mezimembránového prostoru, kde se tak jejich koncentrace oproti matrix zvyšuje. V důsledku rozdílných koncentrací H+ * na membráně protonový gradient. H+ se mohou samovolně vracet jen na některých místech za vzniku ATP

• při přenosu elektronů zFAD * 2ATP

• při přenosu elektronů z NADH+H+ * 3ATP

• při aerobním odbourávání glukosy * 36 ATP

• PROTEOLÝZA - rozklad bílkovin, hydrolýza bílkovin působením proteolytických enzymů, konečným produktem jsou AK

• Katabolismus lipidů

• enzym - lipáza

• štěpení na glycerol a VMK

• VMK - reesterifikace ve střevech

• β-oxidace

• lineova spirála - při každé otočce se odbourají 2 uhlíky →přírodní VMK sudý počet uhlíků

• na jednu otočku 5 molekul ATP

• konečný produkt je acetyl koenzym A, ten vstupuje do krebsova cyklu

• Katabolismus sacharidů

• monosacharidy a oligosacharidy jsme schopni štěpit, některé polysacharidy (celulóza) štěpit neumíme

• vše odbourávání jde přes glukózu

• Glykolýza

• přenos i ze soustav s nižším elektronovým potenciálem

• přes glukózu-6-fosfát → GAP (glaceraldehydfosfát) → piruát

• odbourávání piruvátu

• Aerobní - v mitochondriích, zapojení do K.C.

• Anaerobní

• Mléčné kvašení

• ve svalech

• 100krát rychlejší než aerobní

• zisk 2 molekul ATP

• produkt laktát

• Alkoholové kvašení

• u rostlin, kvasinky

• kyselina pyrohroznová přeměněna na ethanol

• zisk 2 molekul ATP

• C₆H₁₂O₆ → (2 CH₃COCOOH) → 2 CH₃CH₂OH + 2 CO₂ + 100,4 kJ

• Katabolismus bílkovin

• enzym proteáza

• odbourávány AK, z nich se staví nové bílkoviny, dusíkaté báze, …

• aminokyseliny nemůžeme vyloučit → zdroj pro syntézu nebo zásoba energie

• každá aminokyselina má vlastní odbourávání

• odbourávání na amoniak a α-oxokyseliny a ty dále na meziprodukty katabolismu lipidů či sacharidů

• Detoxikace amoniaku

• část využita na syntézu dusíkatých látek a zpětnou syntézu AK

• část je volná → je třeba odstranit

• amonentární organismy

• vodní organismy

• vyloučení prostou difusí

• urikotelní organismy

• ptáci, plazy

• přeměna na kyselinu močovou (krystalická látka)

• ureotelní organismy

• suchozemští

• přeměna na močovinu

1. oritínový cyklus

• není lokalizován jen v jedné molekule (část v cytoplazmě a část v mitochondriích)

• štěpení ornitínu na močovinu

1

---