Obecn metabolismus

Metabolismus: Zkladn pojet a obsah pojmu.Cesty penosu signlu: vod do metabolismu informace. Regulace metabolickch drah: Glykolza a glukoneogeneze. Glykogen.Cyklus trikarboxylovch kyselin.Oxidatvn fosforylace. Calvinv cyklus a metabolismus fosft pentos. Metabolismus mastnch kyselinObrat aminokyselin a jejich biosyntza a katabolismus.

METABOLISMUS een dvou zkladnch otzek1.Jak buky zskvaj energii a redukn slu ze svho okol ? 2.Jak buky syntetizuj zkladn stavebn kameny makromolekul a pot samotn makromolekuly ?Oba procesy probhaj jako vysoce organizovan chemick reakce - metabolismus.

Buky vyuvaj rzn typy energi- pro mechanick pohyb

- k aktivnmu transportu molekul a iont

- k syntze makromolekul z jednoduchch prekurzor Voln energie vyuvan pi tchto procesech se zskv z vnjho prostedPrvn zkon termodynamiky

Fotosyntetyzujc organismy energetick zklad ivota na Zemi Fototrofn organismy pemna svteln energie na energii chemickch slouenin.

Chemotrofn organismy zskvaj chemickou energii oxidac chemickch slouenin vytvoench fototrofy.

Metabolismus nebo intermedirn metabolismus v bukch probh v kadm okamiku tisce transformac energie. Energie je uvolovna z energeticky bohatch slouenin a vyuita k biosyntetickm procesm.

Metabolismus glukosy - glykolza

Metabolick drhy

Spaen reakce Termodynamicky nevhodn reakce je pohnna exergonn reakc. Obvykle penos fosftu z ATP.

Kapitola 14 pohybliv schma.

Hydrolza ATP posunuje rovnovhu spaench reakcTermodynamicky nevhodn reakn sekvence me bt pevedena na vhodnou spojenm s potebnm mnostvm molekul ATP v nov reakci(fosforylace substrt).

Strukturn zklady vysokho potencilu penosu fosftu ATPGlycerol-3-fosft + voda = glycerol + fosft - 9, 2 kJ.mol

ATP + voda = ADP + fosft + H - 30, 5 kJ.mol

Rozdly: rezonann stabilita; elektrostatick odpuzovn; stabilizace hydratac.

Celkov voln energie chemick reakce je soutem volnch energi dlch reakc

Mon typy hydrolzy ATP

Termodynamicky nevhodn reakce (25oC)

Termodynamicky nevhodn reakce ve spojen s hydrolzou ATP: A + ATP + H2O = B + ADP + Pi + H+ D Go= - 13, 8 kJ.mol-1Rovnovn konstanta spaen reakce:

Obecn nATP mn rovnovhu reakce nsobkem 108n.

Potencil ATP se me uplatnit nap. pi penosu fosftu na protein (enzym), kter je takto aktivovn nebo pi aktivnm transportu ltek pes membrnu jako je nap. symport Na+ a K+ pi kterm je fosforylc aktivovna Na+ - K+ pumpa.

Glycerol-3-fosft + H2O = Glycerol + Pi D Go= - 9, 2 kJ.mol-1

Jak je strukturn zklad vysokho potencilu penosu fosftu ATP ?

Zmna standardn voln energie zvis na rozdlu volnch energi produkt a reaktant, tedy na jejich struktue. Zkoumme ADP a Pi jako produkty hydrolzy ATP a ATP jako reaktant. Ti podstatn faktory : - rezonann stabilita - ektrostatick odpuzovn- stabilizace hydratac ADP a Pi maj vt rezonannn stabilitu ne ATP. Orthofosft m adu resonannch struktur, kdeto g-fosftov skupina ATP men poet. Pi pH 7 m trifosft tyi zporn nboje, kter se odpuzuj. Po hydrolze ATP repulze miz!Voda se ve mnohem efektivnji na Pi a ADP ne na fosfoanhydridov vazby ATP. Stabilizace ADP a Pi hydratac !!

Resonann struktury orthofosftu

Nepravdpodobn resonann struktura dva atomy P s pozitivnm nbojem vedle sebe.

Sloueniny s vysokm potencilem penosu fosftu mohou fosforylovat ADP za tvorby ATP. ATP je meziprodukt mezi tmito vysokoenergetickmi sloueninami a sloueninami s nim potencilem.

Zmna standardn voln energie hydrolzy vybranch fosftovch slouenin.

Kreatinfosft zsoba energie sval obratlovc.

Kreatinfosft slou u obratlovc jako zsoba svalov energie slouc k regeneraci ATP z ADP za katalzy kreatinkinasou:

Kreatinfosft + ADP + H+ = ATP + kreatin Pi pH = 7 je D Go = - 43, 1 kJ/mol (hydrolza kreatinfosftu).

Ve srovnn s hydrolzou ATP (-30,5 kJ/mol) je celkov zmna rovna 12,6kJ/mol co odpovd rovnovn konstant = 162. Keq = [ATP] [kreatin] / [ADP] [kreatinfosft] = 10 D G(stand) / (2,303 RT) = 103/1,36 = 162.

Koncentrace v odpovajcm svalu: [ATP] = 4 mM, [ADP] = 0, 013 mM, [kreatinfosft] = 25 mM a [kreatin] = 13 mM.

Zdroje ATP bhem tlesnho cvien.

V typick buce se ATP spotebuje do pl minuty po tvorb. Celkov mnostv ATP v tle je limitovno 100 g, jeho obrat je vysok.

Odpovajc lovk spotebuje asi 40 kg ATP/den. Pi intenzivn prce to me bt a 0, 5 kg/min. Pi 2 hod bhu se spotebuje 60 kg ATP.

Tvorba ATP je primrn rol katabolismu.

U aerobnch organism je elektronovm akceptorem pi oxidaci kyslk a produktem CO2.

Oxidace uhlkatch slouenin je dleitm zdrojem bunn energie.

ATP ADP cyklus

Voln energie oxidace jednoduchch uhlkatch slouenin.

Mastn kyseliny a sacharidy jsou nejvtmi zdroji energie. Pro ?

Fosfty s vysokm potencilem spojuj oxidaci uhlku s tvorbou ATP. Jako pklad glyceraldehyd-3-fosft.

Tvorba ATP na rovni substrtu !!!!

Protonov gradienty.

Ti stdia katabolismu.1. Velk molekuly se tp na men jednotky. 2. Mnostv malch molekul se odbourv na nkolik jednoduchch, kter hraj centrln roli v metabolismu. Nap. acetyl CoA. 3. Kompletn oxidac acetyl CoA se vytv ATP, CO2 a voda.

Ti stupn katabolismu.

V metabolickch drahch je mnoho se opakujcch motiv.

1. Aktivovan penaei elektron pro oxidaci energeticky bohatch slouenin (substrt)

2. Aktivovan penaei elektron k reduktivnm biosyntzm.

3. Aktivovan penaei dvojuhlkatch tp

4. Dal rzn penaei (tabulka)Kinetick stabilita tchto molekul umouje bez ptomnosti katalyztor jejich biologick funkce a enzymovou kontrolu toku voln energie a redukn sly

Vybran aktivovan penaei v metabolismu a jejich prekurzory

Struktury reaktivnch st FAD a FADH2

Donorem elektron pi mnoha biosyntzch je NADPH. Nap. biosyntza mastnch kyselin

Aktivovan nosi dvojuhlkatch tp a acyl CoASH. Acetyl CoA + H2O = acett + CoA + H+. D Go = - 31, 4 kJ/mol.

Pro je thioester termodynamicky vhodnj ne kyslkat ester ?

Typy chemickch reakc v metabolismu

Typ reakce Popis

Oxidan-reduknPenos elektronTvorba vazeb za asti ATPTvorba kovalentnch vazeb Izomerizace Pemstn atom, tvorba izomerPenos skupinPenos funknch skupin z jedn molekuly na druhou Hydrolzatpen vazby adic vodyAdice a odstrann funknch sk. Adice na dvojnou vazbu a odtpen funkn skupiny za tvorby dvojn vazby

Oxidan-redukn reakce. Ob reakce jsou soust citrtovho cyklu

Karboxylace tvorba vazby C C za asti ATP. Pyruvtkarboxylasa.

Izomerace

Penos skupin penos fosftu.

Hydrolza peptidasy, proteasy.

Adice funkn skupiny na dvojnou vazbu nebo odtpen funkn skupiny za tvorby dvojn vazby (lyasy)

Dehydratace

ada metabolickch drah m podobn sekvence reakc. (ACP = acyl carrier protein)

Regulace metabolickch proces.1. Hladinou (mnostvm) enzym.2. Katalytickou aktivitou enzym. 3. Dostupnost substrt. 1.Rychlost syntzy a odbourvn, zmna rychlosti transkripce.2. Aktivita enzym: reversibiln allosterick kontrola, inhibice produktem, kovalentn modifikace, hormony.3.Kontrola vstupu substrt do kompartmentu buky. Obecnm principem regulace je kompartmentizace oddlen dvou protichdnch dj membrnou. ada reakc je regulovna energetickm nbojem v buce.ATP generovan katabolismem je inhibovno energetickm nbojem, ATP spotebovvan anabolismem je stimulovno energetickm nbojem.

Energetick nboj buky Energetick nboj = [ATP] + [ADP] / [ATP] + [ADP] + [AMP].

ATP obsahuje dv anhydridov vazby, ADP jednu. Energetick nboj buky je v rozmez 0 a 1. (U vtiny bunk od 0, 80 do 0, 95).

Vnitrobunn koncentrace ATP se udruje v rozmez 2 10 mM. Koncentrace ADP a Pi jsou variabiln. Pi typick koncentraci [ATP] = 3, 0 mM, konc. [ADP] = 0, 8 mMkonc.[ Pi] = 4 mM je voln energie hydrolzy ATP pi 37oC:

Voln energie hydrolzy ATP pi 37o C (pokraovn): DG = D G o + RT ln [ADP] .[ Pi ]/ [ATP] = - 30, 5 kJ.mol-1 + (8, 3145 J. K-1.mol-1)(310 K) ln[( 0, 8 x 10-3 M).

(4, 0 x 10-3 M) / 3, 0 x 10-3M)] = (-30, 5 kJ.mol - 17, 6 kJ.mol) = - 48, 1 kJ.mol-1

Regulace metabolismu energetickm nbojem. Vysok koncentrace ATP inhibuje rychlost katabolickch dj pi kterch se ATP vytv a stimuluje dje anabolick.

Evoluce metabolickch drah. Aktivovan penaei jako ATP, NADH, FADH2 a koenzym A obsahuj adenosin difosftovou jednotku. Pravdpodobn se odvozuj od prvtnho RNA katalyztoru robozymu.

loha kreatinfosftu ve svalech

Kreatinfosft(KP) + ADP kreatinkinasa ATP + kreatin (K) Pi pH 7 je stand. voln energie hydrolzy KP 43, 1 kJ/mol. Pro tvorbu ATP z ADP a KP je sve -12, 6 kJ/mol. Co odpovd rovnovn konstant = 162. Typick koncentrace v odpovajcm svalu: [ATP] = 4 mM; [ADP]= 0, 013 mM; [KP] = 25 mM a [K] = 13 mM. KP je jedin zdroj regenerace ATP pi prvnch 4 sek. Bhu na 100 m.