METABOLISMUS ŠÁRKA VOPĚNKOVÁ 2012.

Prezentace na téma: "METABOLISMUS ŠÁRKA VOPĚNKOVÁ 2012."— Transkript prezentace:

1 METABOLISMUS ŠÁRKA VOPĚNKOVÁ 2012

2 Průtok energie ekosystémem
Mitochondrie používají organické produkty fotosyntézy jako paliva pro buněčnou respiraci; rovněž přitom spotřebovávají kyslík vytvořený fotosyntézou. Respirace mění energii organických látek na energii ATP. Odpadní produkty respirace, oxid uhličitý a voda, jsou výchozími látkami pro fotosyntézu, která probíhá v chloroplastech.

3 Rozdělení organismů dle jejich metabolismu
Aerobní Anaerobní organismy, které potřebují k životu vzdušný kyslík organismy, které kyslík ze vzduchu nevyužívají

4 Metabolismus katabolismus souhrn rozkladných dějů
zisk energie a stavebních látek organismu produkuje energii anabolismus souhrn syntetických dějů vznik nových, složitějších chemických látek spotřebovává energii

5 ENERGETICKÝ METABOLISMUS
Metabolické dráhy chemické reakce neprobíhají izolovaně prostřednictvím meziproduktů na sebe navazují metabolické dráhy jsou v eukaryotních buňkách lokalizovány: cytoplazma , mitochondrie, chloroplast

6 Anabolismus a katabolismus
Látky chemicky jednodušší + energie Katabolismus syntéza rozklad Látky chemicky složitější Vysvětlení rozdílu mezi anbolickými a katabolickými reakcemi. Anabolické reakce: tj. ta část metabolismu, při níž se chemické látky vytvářejí (např. z aminokyselin vznikají bílkoviny). Katabolické reakce: tj. ta část metabolismu, při níž jsou látky rozkládány na z chemického hlediska jednodušší látky (např. rozklad glukosy na vodu a oxid uhličitý). Anabolické reakce - endergonické (energii spotřebovávají). Katabolické reakce - exergonické (energii uvolňují).

7 METABOLISMUS Všechny buňky potřebují dostatek energie
Energie je uložená v chemických vazbách organických molekul potravy Odbourávání molekul tuků, cukrů, bílkovin je spojeno s uvolňováním energie = katabolický proces buněčného dýchání Buňky uvolňují energii z molekul glukózy jejich postupnou oxidací = buněčné dýchání

8 METABOLISMUS Energie se postupně uvolňuje a je ukládána do molekul ATP
Jestliže je u z molekul ATP odstraněna fosfátová skupina, energie se snadno a rychle uvolní a buňce k dispozici: ATP > ADP + P + energie NADH – vzniká v průběhu buněčného dýchání, slouží jako nosiče elektronů

9 VZNIK ATP ATP vzniká dvěma způsoby: oxidační fosforylací a substrátovou fosforylací: Oxidační fosforylace odpovídá za vznik 90 % ATP během procesů buněčné respirace Substrátová fosforylace probíhá, když enzymy přenáší na ADP fosfátovou skupinu z jiné látky, tzv. substrátové molekuly

10 KDE VZNIKÁ ATP KDE SE VYUŽÍVÁ

11 ATP jako makroergická sloučenina
jedna molekula ATP se skládá ze tří částí: zásaditá složka – adenin cukerná složka – D-ribosa kyselá složka – trifosfát

12 ATP ATP > ADP + P + energie
ATP funguje v buňce jako energetické platidlo Je neustále v oběhu

13 BUNĚČNÉ DÝCHÁNÍ

14 Oxidace živin na CO2 a H2O probíhá v mitochondriích
Energetický význam redoxních dějů buňky soustavy celé organismy získávají energii pro metabolické děje a pro životní projevy OXIDACÍ přijímaných živin Oxidace živin na CO2 a H2O probíhá v mitochondriích

15

16

17 Etapy buněčné respirace
Glykolýza Krebsův cyklus 3. Elektron – transportní řetězec a oxidativní fosforylace

18 Etapy buněčné respirace

19 Glykolýza (= štěpení cukru)
probíhá v cytoplazmě = cytosolu buňky rozštěpením šestiuhlíkaté glukózy vznikají dvě molekuly kyseliny pyrohroznové = pyruvát = tříuhlíkovitá sloučenina nedochází k uvolnění oxidu uhličitého glykolýza je sled deseti reakcí, katalyzovaných deseti enzymy

20 Glykolýza (= štěpení cukru)
glykolýza se dělí na dvě fáze: při prvních pěti krocích se spotřebují 2 molekuly ATP při druhých pěti krocích vznikají 4 molekuly ATP a dvě molekuly NADH !!! celkový výtěžek glykolýzy : 2 molekuly ATP a dvě molekuly NADH ATP vzniká substrátovou fosforylací !!! glykolýza probíhá bez ohledu na přítomnost nebo nepřítomnost kyslíku

21 Acetyl-koenzym A Kyselina pyrohroznová (pyruvát ) je dopravena přes vnější a vnitřní membránu do mitochondrie V matrix mitochondrií je pyruvát převeden na acetyl-CoA a CO2

22 Vzniká také jedna molekula NAPH
acetyl-CoA je dvouuhlíkatá sloučenina vstupuje do Krebsova cyklu.

23 KREBSŮV CYKLUS Při něm vzniká : CO2
a elektrony s vysokým obsahem energie Probíhá v matrix mitochondrií Soubor 8 reakcí Podle vědce Hanse Krebse NC 1953 Také cyklus kyseliny citrónové > podle prvního produktu, který v cyklu vzniká

24 KREBSŮV CYKLUS 2 × v průběhu Krebsova cyklu dochází ke dekarboxylaci = odstranění oxidu uhličitého z organických látek CO2 difunduje ven z buňky !!!! výtěžek Krebsova cyklu na 1 molekulu glukózy: 6 molekul NADH, 2 molekuly FADH2 (elektrony s vysokým obsahem energie) a 2 molekuly ATP

25 Acetyl-CoA pokud má buňka dostatek ATP a není třeba jej dále vyrábět, acetyl-CoA se přepne a místo Krebsova cyklu se využije k syntéze zásobních tuků. u mnoho savců (včetně člověka) tak příjem většího množství potravin než je zrovna potřeba ústí v syntézu zásobních tuků pokud je hladina ATP nízká, nastává opačný proces: tuky jsou odbourávány

26 Výtěžek Krebsova cyklu
Doposud vznikaly všechny molekuly ATP substrátovou fosforylací Doposud vznikly 4 ATP: - dvě z glykolýzy - dvě z Krebsova cyklu

27 TRANSPORT ELEKTRONŮ A OXIDAČNÍ FOSFORYLACE
Elektrony vzniklé v Krebsově cyklu procházejí elektron- transportním řetězcem a vzniká ATP Oxidační fosforylace probíhá v mitochondriích Transport elektronů probíhá na vnitřní membráně mitochondrií

28 ELEKTRON – TRANSPORTNÍ ŘETĚZEC
= DÝCHACÍ ŘETĚZEC Je tvořen mnoha molekulami enzymů Enzymy jsou zanořeny do fosfolipidové dvojvrstvy vnitřní membrány mitochondrií Jsou to přenašeči elektronů Elektrony s vysokým obsahem energie jsou přineseny do řetězce molekulami NADH a FADH2 > postupně uvolňují energii > energie použita k přenosu vodíkových protonů z matrix do mezimembránového prostoru

29 ELEKTRON – TRANSPORTNÍ ŘETĚZEC
Na konci přenosu jsou elektrony předány molekulám plynného kyslíku Kyslík reaguje s protony vodíku za vzniku vody

30 VZNIK ATP Nejdůležitějším výsledkem buněčného dýchání je vznik ATP
ATP vzniká fosforylací: přidání anorganického fosfátu P k ADP Při dýchání je zapotřebí kyslík > proto oxidační fosforylace Důležitý enzym = ATP- syntáza Enzym je zabudován ve vnitřní membráně mitochondrie v molekule ATP- syntázy je kanálek,kde procházejí vodíkové ionty

31 ATP- syntáza je velmi výkonná > může vytvořit více než 100 molekul ATP za 1 sekundu
Na tvorbu jedné molekuly ATP musí projít ATP- syntázou tři vodíkové protony Oxidační fosforylací vznikne na jednu molekulu glukózy 34 molekul ATP Při glykolýze vznikly pouze 2 molekuly ATP

32 ZISK ATP 34 molekul ATP – oxidativní fosforylace
2 molekuly ATP – glykolýza 2 molekuly ATP – Krebsův cyklus Celkem 38 molekul ATP Odečteny 2 molekuly ATP - potřebné pro transport kyseliny pyrohroznové z cytoplazmy do mitochondrie Celkový zisk je 36 molekul ATP na jednu molekulu glukózy

33 ANAEROBNÍ METABOLISMUS
Kyselina pyrohroznová je převedena na jiný produkt: kyselina mléčná nebo alkohol Tyto procesy označujeme jako kvašení fermentace

34 ALKOHOLOVÉ KVAŠENÍ Vyžíváno některými rostlinami a houbami, nejčastěji kvasinkami Kvasinky přeměňují kyselinu pyrohroznovou na etanal, uvolní se CO2 etanal je převeden na etanol Využití: pekařské kvasinky > kynutí těsta Pivní a vinné kvasinky > alkoholické nápoje

35 MLÉČNÉ KVAŠENÍ Vyskytuje se u některých bakteríí a živočišných buněk
Kyselina mléčná vzniká při anaerobních kvašení bakterií Lactobacillus bulgaricus Tyto bakterie se přidávají do mléka > zkvašují mléčný cukr laktózu na kyselinu pyrohroznovou > kyselina mléčná > zakysání mléka Ze zakysaného mléka : jogurty,některé sýry

36 MLÉČNÉ KVAŠENÍ I ve svalových buňkách
Buňky nemají při cvičení dostatek kyslíku > kyslíkový dluh Kyselina pyrohroznová je přeměněna na kyselinu mléčnou > hromadí se v buňkách > způsobuje svalovou bolest Kyselina mléčná odvedena krví do jater > převedena zpět na glukózu Tento proces vyžaduje kyslík > zhluboka dýcháme > zásoby kyslíku játrům

37 Elektron-transportní řetězec

38 Elektron-transportní řetězec

39 Celkový výtěžek buněčné respirace

40

41 Etapy buněčného dýchání

42 Aerobní a anaerobní odbourávání - schéma
kyselina pyrohroznová aerobní odbourávání anaerobní odbourávání acetylkoenzym A mléčné kvašení alkoholové kvašení citrátový cyklus + dýchací řetězec CO2, H2O + energie kyselina mléčná ethanol

43 Zpracování živin (oxidace)
sacharidy lipidy bílkoviny se štěpí mastné kys. glycerol aminokyseliny D-glukosa se odbourávají acetylkoenzym A dýchací řetězec, oxidační fosforylace citrátový cyklus CO2 + H2O + E ATP

44 Celkový výtěžek buněčné respirace

45 Alkoholové kvašení

46 Mléčné kvašení

47 ZDROJE ZÁVODSKÁ, Radka Praha: Nakladatelství Scientia, ISBN