Transcript
Page 1: Energetický metabolismus Základy termodynamiky

Energetický metabolismus Základy termodynamiky

• buňka a energie– membránový potenciál– syntéza– pohyb

• samovolnost průběhu reakce - ΔG • ΔG < 0 – samovolný průběh• ΔG > 0 – nutná spřažená reakce• ΔG = ΔH –TΔS• ΔG = ΔG0 + RT ln[C].[D]/ [A].[B]

• rovnováha ΔG0 = -RT ln Krov

Page 2: Energetický metabolismus Základy termodynamiky

Chemická vazba a energie

délka, pm

energie, kJ.mol-1

C-C 154 348

C=C 137 607

C≡C 120 833

Page 3: Energetický metabolismus Základy termodynamiky

ΔS při fázovýchzměnách

vzrůst S s teplotou

Page 4: Energetický metabolismus Základy termodynamiky

Energií bohaté sloučeninyΔG0´, kJ mol-1

fosfoenolpyruvát -61,9 glykolýza

1,3 - bisfosfoglycerát -49,3 glykolýza

karbamoylfosfát -49,3syntéza močoviny, pyrimidinů

kreatinfosfát -43,1 sval

ATP -30,5 univerzální

acyl-CoA -30 syntéza MK

GTP -30,5 syntéza bílkovin

UTP -30,5 glykosidová vazba

CTP -30,5 syntéza fosfolipidů

ITP -30,5 glukoneogenéze

Page 5: Energetický metabolismus Základy termodynamiky

ATP• ΔG0 = -30 – -35 kJ mol-1 • většina – udržování membránových potenciálů• denní spotřeba energie 12.000 kJ (účinnost 40 %) =

145mol ATP = 75 kg ATP • koncentrace ATP v tkáni cca 1 mM • zásoba 1-2 min.• koenzym kinas

– glukosa-6-fosfát– fruktosa-6-fosfat– fosforylace kreatinu

• proteinkinasy a proteinfosfatasy– Ser, Thr, Tyr

N

NN

N

NH2

O

OHOH

HH

HH

OPO

O

O

PO

O

O

PO

O

O

Page 6: Energetický metabolismus Základy termodynamiky

Syntéza ATP

koenzymy E, V

NAD+/NADH + H+ -0,32

FMN/FMNH2 -0,08

ubichinon/ubichinol +0,05

cytochrom c (Fe2+/Fe3+) +0,24

O2/O2- +0,82

substrátová fosforylace• 1,3 bisfosfoglycerát + ADP + P + H2O → 3-fosfoglycerát + ADP

fosforylace spřažená s tokem elektronů• dýchací řetězec• transformace ΔG redoxních reakcí na ATP

Page 7: Energetický metabolismus Základy termodynamiky

Mitochondrie

Page 8: Energetický metabolismus Základy termodynamiky

Enzymy dýchacího řetězce • komplex I - NADH-ubichinonreduktasa• komplex II - sukcinát-ubichinonreduktasa• komplex III - ubichinol-cyt c-reduktasa• komplex IV – cytochrom c-oxidasa

N

H

H

H H

R

O

NH2

N

HH

H H

R

O

NH2

H

N

N

N

NH

R

O

O N

N

N

NH

R

O

O

H

H O

O

O

O

H3C

H3C

CH3

R

OH

OH

O

O

H3C

H3C

CH3

R

NAD+/NADH + H+

FAD+/FADH + H+

FMN+/FMNH + H+

ubichinol/ubichinon

Page 9: Energetický metabolismus Základy termodynamiky

NADH + H+

NAD+

ubichinolubichinon

cyt c

½O2 / H2O

FADH+H+

FAD+

2 H+ + 2 e-

0,36

0,19

0,58

-69,5

-36,7

-112,0

ΔE, V ΔG kJ mol-1

komplex I

komplex III

komplex IV

komplex II

Σ 1,13 Σ -218,2

Page 10: Energetický metabolismus Základy termodynamiky

Dýchací řetězec

Page 11: Energetický metabolismus Základy termodynamiky

Vnitřní mitochondriální membrána

Page 12: Energetický metabolismus Základy termodynamiky

Syntéza ATP – aerobní fosforylace

• komplex V – ATP-syntasa (FiFo-ATPasa)

• přeměna gradientu H+ na ATP

• NADH + H+ - 3 (2,5) ATP

• FADH + H+ - 2 (1,5) ATP

• 90 % ATP – aerobní fosforylace

• rozpojovače – uncouplers– 2,4-dinitrofenol– hnědý tuk – thermogenin – adaptace na chlad

Page 13: Energetický metabolismus Základy termodynamiky

ATP-syntasa

Page 14: Energetický metabolismus Základy termodynamiky

Citrátový cyklus – křižovatka metabolických drah

• utilizuje acetyl-CoA – společný meziprodukt: sacharidů, lipidů, proteinů

• katabolická funkce: syntéza ATP

• anabolická funkce: syntéza AMK, hemu, glykosy, lipidů

Předpoklady průběhu

• acetyl-CoA

• oxalacetát: anaplerotické reakce

Page 15: Energetický metabolismus Základy termodynamiky

Energetická bilance

Reakce Kofaktor ATP

isocitrát → 2-oxoglutarát NADH + H+ 3 (2,5)

2-oxoglutarát → sukcinyl-CoA NADH + H+ 3 (2,5)

sukcinyl-CoA → sukcinát - 1

sukcinát → fumarát FADH + H+ 2 (1,5)

malát → oxalacetát NADH + H+ 3 (2,5)

12 (10)

Page 16: Energetický metabolismus Základy termodynamiky

Regulace

aktivace – ADP + AMP, NAD+ + FAD+, O2

inhibice – nadbytek ATP a NADHregulační enzymy

– citrátsyntasa– isocitrátdehydrogenasa– 2-oxoglutáratdehydrogenasa

• specifické inhibitory– fluoroacetát – akonitasa– sloučeniny As - 2-oxoglutáratdehydrogenasa– malonát - sukcinátdehydrogenasa

Page 17: Energetický metabolismus Základy termodynamiky

Anaplerotické reakce

• pyruvát + CO2 + ATP → OAA + ADP– pyruvátkarboxylasa

• aminokyseliny– Asp, Asn – OAA– Glu, Gln, His, Pro, Arg – 2-oxoglutarát– Ile, Val, Met, Trp – sukcinyl-CoA– Ala, Ser, Thr, Cys, Gly - pyruvát

• degradace MK s lichým počtem C– propionyl-CoA – sukcinyl-CoA

Page 18: Energetický metabolismus Základy termodynamiky

Anabolické funkce citrátového cyklu

citrát syntéza MK a steroidů

2-oxoglutarát metabolismus AMK skupiny Glu

sukcinyl-CoA syntéza hemu

sukcinát, fumarát syntéza AMK

malát, OAA glukoneogenese, AMK skupiny Asp

Page 19: Energetický metabolismus Základy termodynamiky

Top Related