biochemia_mod_2.pdf

(874 KB) Pobierz
Modu³ II – Biochemia dynamiczna
Biochemia dynamiczna
Biochemia dynamiczna
1. Anabolizm i katabolizm. Zarys przemian metabolicznych węglowodanów, aminokwasów i kwasów
tłuszczowych
2. Przemianywęglowodanów — glukoneogeneza i glikoliza
3. Oddychaniewewnątrzkomórkowe i cykl Krebsa
4. Przemiany aminokwasów. Cykl mocznikowy
5. Biosynteza i utlenianie kwasów tłuszczowych
1
Biochemia dynamiczna
1. Anabolizm i katabolizm. Zarys przemian metabolicznych
węglowodanów, aminokwasów i kwasów tłuszczowych
Biochemia dynamiczna przedstawia zmiany, jakim podlegają w organizmie człowieka
aminokwasy, tłuszcze, węglowodany. Kolejno omówione zostaną przemiany
biochemiczne oraz zwrócona zostanie uwaga na kluczową rolę acetylo-CoA
(acetylokoenzymu A), jako związku łączącego większość przemian ze sobą.
Metabolizm to całokształt przemian biochemicznych, które zachodzą w żywym
organizmie. Na proces metabolizmu składa się: anabolizm i katabolizm.
Anabolizm to reakcje, w których syntetyzowane są składniki komórkowe o złożonej
strukturze ze składników o prostej strukturze (dostarczanych do komórki z zewnątrz,
z pożywieniem, bądź powstałych w wyniku reakcji katabolicznych). Przykładem
reakcji anabolicznej jest synteza lipidów czy białek.
Katabolizm to zespól reakcji, w których dochodzi do rozłożenia dużych i
skomplikowanych związków na związki mniejsze. W czasie reakcji katabolicznej
wydzielana jest energia (magazynowana w wysokoenergetycznych związkach
fosforanowych, np. ATP). Przykładem reakcji katabolicznej jest utlenianie glukozy czy
lipidów.
Zazwyczaj reakcjom anabolicznym trzeba dostarczyć energii z zewnątrz, aby
wprowadzić substraty na wyższy poziom energetyczny. Reakcjom katabolicznym
(reakcjom rozkładu) towarzyszy najczęściej uwolnienie energii (np. w postaci ciepła),
gdyż produkty mają niższy poziom energetyczny od substratów (patrz rysunek 1).
2
Biochemia dynamiczna
poziom
energetyczny
energia
C
energia
A B
A B
Rysunek 1. Poziomy energetyczne produktów i substratów w anabolizmie i katabolizmie
Nawiązując do powyższych rozważań, warto uświadomić sobie istnienie dwóch
rodzajów reakcji chemicznych:
1) reakcji egzoergicznych — reakcji, w wyniku których dochodzi do wydzielania
energii, np. w postaci ciepła (zazwyczaj katabolizm),
2) reakcji endoergicznych — reakcji, w których musi być dostarczona energia z
zewnątrz (zazwyczaj anabolizm).
Aby móc opisywać stan cząsteczek (w kontekście prowadzonych przez nas
rozważań energetycznych), wprowadzono kilka niesłychanie przydatnych pojęć:
Energia wewnętrzna to pojęcie z zakresu termodynamiki. Określa, ilość energii
zawartej w określonej cząsteczce chemicznej. W przypadku reakcji chemicznych,
energia wewnętrzna zawarta w substratach reakcji jest z reguły większa niż energia
wewnętrzna produktów. Różnica tych energii uwalniana jest do otoczenia i
najczęściej rozpraszana w postaci ciepła. O różnicy energii wewnętrznych mówimy,
gdy reakcja zachodzi w warunkach stałej objętości układu.
Teoretycznie każda reakcja chemiczna może zachodzić w obie strony
(synteza/rozkład). W praktyce jednak stwierdzenie to dotyczy jedynie sytuacji, gdy
różnica energii między substratami a produktami reakcji jest niewielka. Jeśli różnica
ta jest duża — reakcja praktycznie zachodzi tylko w jedną stronę — w kierunku
3
+
+
50329187.001.png
Biochemia dynamiczna
zmniejszania się energii wewnętrznej w cząsteczkach i wydzielania się zawartej w
substratach energii do otoczenia.
Entalpia to pojęcie zbliżone do energii wewnętrznej. O różnicy entalpii mówimy, gdy
reakcja zachodzi w warunkach stałego ciśnienia.
Stała reakcji K eq cechuje każdą reakcję chemiczną. Jeśli A i B to substraty reakcji, a
C i D — produkty reakcji chemicznej, to stałą reakcji definiujemy jako:
K eq =
[][] ,
D
A
B
gdzie: [] — stężenia substratów,
[]
B
[ ] [ ]
C
D
— stężenia produktów w stanie
równowagi, gdy reakcja zachodzi w obie strony z jednakową szybkością.
Zależność między różnicą entalpii a stałą reakcji chemicznej opisuje równanie:
∆
G
≡
−
RT
⋅
In
⋅
K
eq
,
gdzie: ∆ G — różnica entalpii, R — stała gazowa równa 8,31 J/mol ⋅ K, T —
temperatura.
W sytuacjach, gdy reakcja ma przebiegać z wykorzystaniem energii (ma ją zużyć)
niezbędne jest jej dostarczenie do układu. Związkami przenoszącymi energię w
organizmie są trifosforany: ATP, GTP, CTP.
4
C
[ ][ ]
A
 
Biochemia dynamiczna
NH 2
N
N
N
N
CH 2
O-
O
O-
O
O
H
P
O
P
O
P
O
O-
O
OH
OH
O
P
P
P
Rysunek 2. Budowa chemiczna (wzór strukturalny) oraz uproszczony wzór strukturalny
adenozynotrójfosforanu (ATP)
Powyższe związki powstają w wyniku fosforylacji, tj. przyłączania reszt
fosforanowych.
Można wyróżnić co najmniej trzy rodzaje fosforylacji:
1. Fosforylację substratową — energia powstaje w czasie spadku poziomu
energetycznego przekształcanych związków. Taki typ fosforylacji występuje np.
w cyklu Krebsa.
2. Fosforylację oksydacyjną — energia powstaje w czasie utleniania substratów,
kiedy elektrony „przechodzą” z donora na akceptor, np. w łańcuchu
oddechowym w błonie mitochondrialnej. Proces ten występuje podczas
oddychania wewnątrzkomórkowego u organizmów oddychających tlenowo .
3. Fosforylację fotosyntetyczną — energia powstaje w wyniku „przekształcania”
energii słonecznej w chemiczną. Jest to np. fotosynteza u autotrofów.
Warto pamiętać, iż szlaki anaboliczne i kataboliczne „spinane” są przez szlaki
amfiboliczne (np. cykl kwasu cytrynowego). Energia w szlakach katabolicznych może
być uwalniana w postaci fosforanów bogatoenergetycznych, bądź w postaci
równoważników redukujących 2H. Energia ta oczywiście warunkuje przebieg szlaków
anabolicznych.
5
50329187.002.png

Plik z chomika:

Inne pliki z tego folderu:

Inne foldery tego chomika:

Zgłoś jeśli naruszono regulamin