Przepływ elektronów w układzie przenośników oddechowych
W skład łańcucha oddechowego wchodzą cztery kompleksy/; trzy pompy protonowe i kompleks fizycznie związany z cyklem kwasy cytrynowego
Przenośnikami elektronów w zespołach oddechowych wewnętrznej błony mitochondrialnej są chinony, flawiny, kompleksy żelazlo-siarkowe, grupy hemowe cytochromów oraz jony miedzi i żelaza. Elektrony z NADH przechodzą do FMN, grupy prostetycznej oksydoreduktazy NADH-Q ( kompleks I) czyli pierwszego z czterech kompleksów. Oksydoreduktaza ta zawiera również centra Fe-S. Elektrony te pojawiają się następnie przy QH2 zredukowanej formie ubichinonu ( Q). Dehydrogenaza bursztynianowa, enzym cyklu cytrynowego, jest składnikiem kompleksu oksydoreduktazy bursztynian-Q ( kompleks II ) oddaje on elektrony z FADH2 do Q wskutek czego powstaje QH2. Ten bardzo ruchliwy, hydrofobowy przenośnik oddaje swoje elektrony oksydoreduktazie Q-cytochrom c ( kompleks III). W skład tego kompleksu wchodzą cytochromy b i c1 oraz centrum Fe-S. kompleks III redukuje cytochrom c ( peryferyczne białko błonowe rozpuszczalne w wodzie). Cytochrom c podobnie jak Q jest ruchliwym przenośnikiem elektronów przenoszącym elektrony na oksydazę cytochromu c ( kompleks IV) Ten kompleks zawiera cytochromy a i a3 oraz 3 jony miedzi. Znajdujące się w oksydazie żelazo hemowe i jon miedzi przekazują elektrony do końcowego akceptora, którym jest tlen w wyniku czego powstaje woda. Przepływ elektronów przez kompleks I , III i IV prowadzi do przeniesienia protonów ze strony matriksowej na strone cytozolową wewnętrznej błony mitochondrialnej.
Rola glutaminianu w kataboliźmie aminokwasów Glutaminian powstaje w wyniku przenoszenia grupy alfa-aminowej wielu aminokwasów na alfa-ketoglutaran. Deaminacja oksydacyjna glutaminianu prowadzi do odszczepienia jonu amonowego NH4+. Rola glutaminianu polega na doprowadzenia do powstania jonów NH4+, które są w dalszych reakcjach przekształcane w mocznik. Reasumując glutaminian jest niezbędny w katabolizmie aminokwasów . Glutaminian jest głównym związkiem, dzięki któremu NH4+ jesst wprowadzany do szlaków metabolicznych.
Przepływ elektronów w układzie przenośników fotosyntetycznych. Fotosynteza w roślinach zielonych odbywa się za pośrednictwem dwóch połączonych ze sobą fotosystemów. W fotosystemie II wzbudzenie P680- pary specjalnej cząsteczek chlorofilu, umiejscowionej na powierzchni dwoch podobnych podjednostek, wywołuje transfer elektronu do plastochinonu analogicznie do zachodzącego w bakteryjnym centrum reakcji. Elektrony są uzupełniane przez pobranie elektronów z wody, co odbywa się w centrum zawierającym cztery jony manganu. W centrum tym po każdym przejsciu czterech elektronów powstaje jedna cząsteczka O2. Plastochinol wytwarzany przez fotosystem II zostaje ponownie utleniony przez kompleks cytochromu bf, który przenosi elektrony do plastocyjaniny, rozpuszczalnego białka zawierającego miedz. Z plastocyjaniny elektrony docierają do fotosystemu I. W fotosystemie I wzbudzenie P700 uwalnia elektrony , które przemieszczają się do silnego reduktora- ferredoksyny. Oksydoreduktaza ferrydoksyny- NADP+, flawoproteina znajdująca się w błonie tylakoidy od strony stromy ,katalizuje nastepnie wytwarzanie NADPH. Podczas przepływu elektronów przez fotosystem II , kompleks cytochromu bf i reduktazę ferredoksyna-NADP+ powstaje gradient protonów. Powstaje on w poprzek błony tylakoidy, tworzy siłe protonomotoryczna, wykorzystywana przez syntezę ATP do produkcji ATP
55Metaboliczna rola cyklu mocznikowego.
Rola cyklu mocznikowego polega na przekształceniu i wydaleniu toksycznego amoniaku w postaci nietoksycznego mocznika. Cykl mocznikowy rozpoczyna się od połączenia wolnych jonów NH4+ i HCO3- w wyniku czego powstaje karbamoilofosforan. Reakcja ta rozpoczyna się od fosforylacji HCO3- co prowadzi do powstania karboksyfosforanu. Ten reaguje nastepnie z jonem amonowym tworząc kwas karbaminowy . W końcowym etapie druga cząsteczka ATP fosforyluje kwas karbaminowy w wyniku czego powstaje karrbamoilofosforan. Grupa karbamoilowa karbamoilofosforanu charakteryzuje się wysokim potencjałem przenoszenia. W reakcji katalizowanej przez karbamoilotransferaze ornitynową jest ona przenoszona na ornitynę co prowadzi do powstania cytruliny. Ornityna i cytrulina są aminokwasami lecz nie są one wykorzystywane do budowy białek. Uwolnienie NH4+ w wyniku działania dehydrogenazy glutaminianowej, jego włączenie do karbamoilofosforanu , a następnie synteza cytruliny, odbywają się w matriks mitochondrialnej. Natomiast dalsze trzy reakcje prowadzące do powstania mocznika zachodzą w cytozolu. Cytrulina jest transportowana do cytoplazmy, gdzie ulega kondensacji z asparaginianem, który jest donorem drugiej grupy aminowej włączanej do mocznika. Reakcja ta prowadząca do powstania arginianobursztynianu i katalizowana przez syntetazę argininobursztynianu zachodzi kosztem energi uzyskiwanej w wyniku rozkładu ATP do AMP i pirofosforanu oraz dalszej hydrolizy pirofosforanu. Liaza argininobursztynianowa rozszczepia cząsteczkę argininobursztynianu do argininy i fumaranu. W ten sposób łańcuch węglowy asparaginianu zostaje zachowany w postaci fumaranu. Ostatecznie arginiene hydrolizuje arginaza w wyniku czego powstaje mocznik i ornityna. Ornityna jest następnie ponownie transportowana do mitochondriom gdzie rozpoczyna się kolejny cykl. Mocznik w powstający w wyniku cyklu mocznikowego zostaje wydalany z organizmu człowieka ( w ciagu roku 10 kg mocznika)
56Koenzym A.
Koenzym A. służy do przenoszenia grup acylowych. Grupy acylowe odgrywają istotną rolę zarówno w katabolizmie jak i anabolizmie. Miejscem reaktywnym koenzymu A jest końcowa grupa hydrosulfidowa. Grupy acylowe są przyłączane do CoA wiązaniem tioestrowym. Tak powstała pochodna nazywa się acylo-CoA. Grupą acylową często przyłączaną do CoA jest jednostka acetylowi i taką pochodną nazywamy acetylo-CoA.
Acetylo-CoA ma wysoki potencjał acetylacji ( potencjal przenoszenia grup acetylowych)
Koenzym A - związek organiczny powstający w organizmie z adenozynotrifosforanu, pantotenianu oraz β-merkaptoetyloaminy, służący jako przenośnik grup acylowych. Cząsteczkę koenzymu A związaną z resztą acylową nazywa się acylokoenzymem A (acylo-CoA). Najważniejszym z takich połączeń jest acetylokoenzym A (acetyl-CoA).
Karbamoilofosforan
Cykl mocznikowy rozpoczyna się od połączenia wolnych jonów NH4+ i HCO3- w wyniku czego powstaje karbamoilofosforan. Reakcja ta rozpoczyna się od fosforylacji HCO3- co prowadzi do powstania karboksyfosforanu. Ten reaguje nastepnie z jonem amonowym tworząc kwas karbaminowy . W końcowym etapie druga cząsteczka ATP fosforyluje kwas karbaminowy w wyniku czego powstaje karrbamoilofosforan.
Karbamoilofosforan (karbamylofosforan) NH2-CO-OPO32- - organiczny związek chemiczny, wykorzystywany przez organizmy zwierzęce w metabolizmie azotu. Powstaje endogennie z amoniaku, dwutlenku węgla i 2 cząsteczek ATP (jednej jako donora grupy fosforanowej, drugiej jako źródła energii), przy udziale enzymu syntetazy karbamoilofosforanu (sprzężonego z biotyną jako nośnikiem CO2). Karbamoilofosforan jest substratem do biosyntezy pirymidyn, a w reakcji z ornityną daje cytrulinę, związek pośredni w biosyntezie mocznika.
58. Pochodzenie azotu w cząsteczce mocznika. Str 644
Cykl mocznikowy to najwcześniej odkryty szlak metaboliczny. Jeden z atomów Azotu budujących cząsteczkę mocznika pochodzi z asparaginianu, drugi bezpośrednio z wolnego jonu NH4+ , natomiast atom Węgla pochodzi z jonu HCO3- powstającego z uwodnienia CO2.
Redukcja CO2 nie mogłam tego znaleźć
60.Asymilacja N2 przez organizmy prokariotyczne. Zdolność do biologicznego wiązania azotu atmosferycznego (BWAA) jest dość szeroko rozpowszechniona w przyrodzie, ale
tylko wśród bakterii - mikroorganizmów prokariotycznych. Proces ten przeprowadzany jest przez różne grupy fizjologiczne bakterii. Pod względem ekologicznym wyróżniane są: wolno żyjące asymilatory N2 występujące w glebie i zbiornikach wodnych (Azotobacter, Clostridium, Nostoc), bakterie wiążące azot w asocjacjach z korzeniami roślin (Azospirillum) oraz bakterie wiążące N2 w ścisłych układach symbiotycznych z roślinami (Rhizobium - ro_liny motylkowate, Frankia - olsza). BWAA zachodzi w przyrodzie wył_cznie przy udziale drobnoustrojów (bakterii), czyli organizmów prokariotycznych. Grupa mikroorganizmów zdolnych do wiązania azotu atmosferycznego jest liczna i zróżnicowana, zarówno pod względem morfologicznym, fizjologicznym jak i złożoności systemu, w którym proces asymilacji N2 jest przeprowadzany. Z chemicznego punktu widzenia proces ten jest konwersją bardzo mało reaktywnego i w związku z tym nieprzyswajalnego dla roślin i zwierząt azotu cząsteczkowego N2, do zredukowanej formy tego pierwiastka, czyli amoniaku, który może być dalej metabolizowany w komórkach żywych organizmów. Wszystkie mikroorganizmy zdolne redukować azot atmosferyczny przeprowadzają ten proces przy udziale złożonego układu enzymatycznego, w którym najważniejsza jest nitrogenaza - enzym katalizujący bezpośrednio redukcje cząsteczki azotu. Sumaryczne równanie biologicznego wiązania N2 można przedstawic N2 + 16 ATP + 8e- + 8H+ _ 2NH3 + H2 + 16ADP +16Pi
61. Przemiana glikogenu w pirogronian. Większość cząsteczek glikogenu jest degradowana do glukozo-6-fosforanu przez fosforylazę glikogenową, kluczowy enzym rozkładu glikogenu. Wiązanie glikozydowi między węglem C1 reszty końcowej i węglem C4 reszty sąsiadującej jest rozszczepienie przez ostofosforan z utworzeniem glukozo-1-fosforanu który może być odwracalnie przekształcany w glukozo-6-fosforan. Następnie glukozo-6-fosforan jest przekształcany w procesie glikolizy w pirogronian. Następnym etapem jest izomeryzacja glukozo-6fosforanu do fruktozo-6-fosforanu. Jest to przekształcenie aldozy w ketoze. Po izomeryzacji zachodzi druga reakcja fosforylacji. Fruktozo-6fosforan jest fosforyzowany przez ATP do fruktozo-1,6-bisfosforanu. Druga faza procesu glikolizy to rozszczepienie fruktozo-1,6-bisfosforanu do aldehydu 3-fosfoglicerynowego ( GAP) fosfodihydroksyacetonu. Reakcje te katalizuje aldolaza. Nastepnie zachodzi przekształcenie GAP w 1,3 bisfosfoglicerynian ( 1,3-BPG) jest acylofosforanem. Związki te wykazują wysoki potencjał przenoszenia grup fosforanowych. Jedna z grup 1,3-BPG jest przenoszona na ADP w nastepny etapie glikolizy. Reakcja katalizowana przez dehydrogenazę aldehydu 3-fosfoglicerynowego jest w rzeczywistości sumą dwoch procesów: utleniania aldehydu z udziałem NAD+ do kwasu karboksylowego oraz polączenia kwasu karboksylowego i ortofosforanu z utworzeniem acylofosforanu. Końcowym etapem jest przeniesienie grupy fosforanowej z acylofosforanu na ADP. Produktami tej reakcji jest ATP i 3-fosfoglicerynian. 3-fosfoglicerynian jest przekształcany w pirogronian z jednoczesnym przekształceniem ADP w ATP. 3-fosfoglicerynian 2-fosfoglicerynian fosfoenolopirogronian + H2O + ADP pirogronian + ATP
62. Wprowadzanie” azotu do biosfery.
Azot jest zawarty w wolnej postaci w atmosferze, w litosferze występuje w solach mineralnych, głównie w azotanach, azotynach i solach amonowych. W organizmach azot stanowi ważny składnik białek. Największą zawartość azotu (około 78%) ma powietrze. Organiczne szczątki są rozkładane przez reducentów. Produktem rozkładu są między innymi związki: azotany III ( azotyny ), azotany V ( azotany ) i siarkowodór. Powstały w procesie amonifikacji amoniak wchodzi w cykl nitryfikacyjny. Olbrzymim rezerwuarem azotu jest powietrze. Gazowy azot może być zamieniony na przyswajalne azotany i sole amonowe podczas wyładowań atmosferycznych. Tą drogą do gleby w ciągu roku dostaje się 4-10 kg/ha. Dużą część wolnego azotu wiążą mikroorganizmy ( bakterie, glony ), wprowadzając do gleby przyswajalne azotany w ilości ok.25 kg/ha/rok oraz symbiotyczne bakterie brodawkowe, które mogą dostarczyć aż 150-400 kg azotu przyswajalnego na 1 ha w ciągu roku. Dlatego urodzajność pól uprawnych podwyższa się przez wprowadzenie do zmianowania roślin motylkowych. Ilość związanego azotu pochodzenia atmosferycznego wynosi średnio dla całej biosfery 140-700 mg/cm/rok. W zbiornikach wodnych odbywa się wiązanie dużych ilości tego pierwiastka przez sinice. Dzięki burzą możliwe jest przechodzenie wolnego azotu ze zbiornika, jaki stanowi atmosfera do produktywnego obiegu, ponieważ energia wyzwalająca się podczas wyładowań atmosferycznych umożliwia utlenianie się części azotu gazowego. Obieg azotu wykazuje częściowo sedymentacyjny charakter, ponieważ część tego pierwiastka może wypadać z obiegu na skutek opadania oraz gromadzenia się w głębinach oceanów i na dnie zeutrofizowanych jezior, gdzie na skutek braku tlenu osady denne nie ulegają mineralizacji i kumulują się. Warunki beztlenowe panujące przy dnie sprzyjają procesowi denitryfikacji, co dodatkowo zmniejsza ilość dostępnego, przyswajalnego azotu. Część azotu zostaje przed przedostaniem się w głębiny wyłapywana przez plankton i wchodzi w łańcuch pokarmowy ryb a potem ptaków i ssaków morskich. Dzięki ptakom znaczna część azotu i fosforu oraz potasu zostaje przeniesiona wraz z odchodami na ląd, gdzie częściowo osadza się w postaci guana.
W obiegu azotu można wyróżnić cztery oddzielne procesy:
1. Wiązanie azotu polega na przekształcaniu azotu cząsteczkowego N2 z atmosfery, który wraz z opadami atmosferycznymi przedostaje się do gleby i wody, tworząc jony amonowe, azotynowe i azotanowe, w amoniak przez pewne rodzaje bakterii (gł. Azotobacter i Clostridium) i sinic (Nostoc).
2. Przyswajanie azotu w postaci azotanów i amoniaku (jonów azotanowych i amonowych) przez rośliny zielone następuje po wprowadzeniu ich w aminokwasy i białka roślinne. Rośliny motylkowate wykorzystują azot atmosferyczny przy współudziale bakterii nitryfikacyjnych (nitryfikatory).
3. Azot w postaci białek roślinnych wykorzystywany jest następnie przez konsumentów, czyli pobierany przez zwierzęta roślinożerne. Zwierzęta drapieżne pobierają go z białkami innych zwierząt. Po obumarciu roślin i zwierząt zawarte w nich białka są rozkładane do jonów amonowych (amonifikacja) lub utleniane w procesie nitryfikacji przez bakterie nitryfikujące do przyswajalnych przez rośliny azotanów. Taki sam proces ma miejsce w przypadku mocznika lub kwasu moczowego, wydalanych przez zwierzęta w wyniku przemiany białek. Powstałe jony amonowe są ponownie wykorzystywane przez rośliny oraz bakterie nitryfikacyjne i wracają do obiegu azotu.
4. Azotany nie wykorzystane przez rośliny mogą gromadzić się w glebie (np. złoża saletry chilijskiej) albo ulec denitryfikacji, polegającej na przekształceniu przez bakterie denitryfikacyjne, w beztlenowym procesie oddychania, jonów azotanowych w jony amonowe (zostające w glebie) i wolny azot, który wraca do atmosfery.
63. Glikoliza.
Glikoliza - jest łańcuchem reakcji przekształcających jedną cząsteczke glukozy w dwie cząsteczki pirogronianu z jednoczesnym wytworzeniem dwoch cząsteczek ATP. Jest to proces nie wymagający obecności tlenu. Szlak ten jest wspólny zarówno dla organizmów prokariotycznych jak i eukariotycznych.
Fazy glikolizy
Glukoza jest wychwytywana i destabilizowana
Przez przecięcie szesciowęglowej fruktozy powstają dwie trójwęglowe cząsteczki, które mogą się przekształcać w siebie nawzajem
W tym etapie powstaje ATP