Prezentace se nahrává, počkejte prosím

Prezentace se nahrává, počkejte prosím

1 Trávení a metabolismus přírodních látek (základní metabolické procesy) Milada Teplá, Helena Klímová, KUDCH, PřF UK v Praze.

Podobné prezentace


Prezentace na téma: "1 Trávení a metabolismus přírodních látek (základní metabolické procesy) Milada Teplá, Helena Klímová, KUDCH, PřF UK v Praze."— Transkript prezentace:

1 1 Trávení a metabolismus přírodních látek (základní metabolické procesy) Milada Teplá, Helena Klímová, KUDCH, PřF UK v Praze

2 2 O2O2 CO 2 potrava voda stolicemoč Člověk patří mezi chemoorganotrofní aerobní organismy Chemotrofní organismy získávají energii oxidací živin. Chemotrofní organismy využívají chemické reakce jako zdroj energie. Co musí obsahovat naše strava? Bílkoviny Sacharidy Lipidy Vitaminy a minerální látky Vodu Heterotrofní (organotrofní) organismy mají za hlavní zdroj uhlíku jiné organické látky (tuky, bílkoviny, lipidy). Aerobní organismus potřebuje ke svému životu nezbytně kyslík.

3 3 Játra Žlučník Slinivka břišní Řitní otvor Žaludek Tenké střevo Tlusté střevo Ústní dutina Osud potravy v našem těle Potrava se v ústech žvýká a nakonec se mísí se slinami do vlhké hmoty, které říkáme sousto. Potrava Ústa

4 4 Játra Žlučník Slinivka břišní Řitní otvor Žaludek Tenké střevo Tlusté střevo Ústní dutina Osud potravy v našem těle Sousto v hltanu putuje tzv. peristaltickými pohyby až do jícnu. Pozor někdy se stane, že se spustí peristaltika zpětná neboli zvracení. Potrava Ústa Hltan a jícen Svalová stěna jícnu Kontrahovaný sval Sousto Relaxovaný sval

5 5 Játra Žlučník Slinivka břišní Řitní otvor Žaludek Tenké střevo Tlusté střevo Ústní dutina Osud potravy v našem těle V žaludku se jeho silné svaly stahují, a dovolují tak rozmačkat a rozdrtit obsah uvnitř na lepkavou a blátivou hmotu, které se říká trávenina (chymus). Zde se také naše potrava setkává s celou řadou enzymů. Potrava Ústa Hltan a jícen Žaludek

6 6 Játra Žlučník Slinivka břišní Řitní otvor Žaludek Tenké střevo Tlusté střevo Ústní dutina Osud potravy v našem těle Chymus ve dvanáctníku obsahuje částečně strávenou potravu ze žaludku, trávicí šťávy ze slinivky břišní a žluč ze žlučníku. Potrava Ústa Hltan a jícen Žaludek Dvanáctník

7 7 Játra Žlučník Slinivka břišní Řitní otvor Žaludek Tenké střevo Tlusté střevo Ústní dutina Osud potravy v našem těle Tenké střevo je hlavním místem vstřebávání živin. Potrava Ústa Hltan a jícen Žaludek Dvanáctník Tenké střevo

8 8 Játra Žlučník Slinivka břišní Řitní otvor Žaludek Tenké střevo Tlusté střevo Ústní dutina Osud potravy v našem těle V tlustém střevě dochází ke vstřebávání vody (až 90%). Nestrávené zbytky (vláknina, trávicí šťávy, žluč, buňky střevní výstelky, bakterie) tvoří stolici. 1/3 suché váhy představují bakterie. Potrava Ústa Hltan a jícen Žaludek Dvanáctník Tenké střevo Tlusté střevo

9 9 Játra Žlučník Slinivka břišní Řitní otvor Žaludek Tenké střevo Tlusté střevo Ústní dutina Osud potravy v našem těle V tlustém střevě dochází ke vstřebávání vody (až 90%). Nestrávené zbytky se mění na hnědou hmotu (stolice), jejíž 1/3suché váhy představují bakterie produkující methan. Mezi nestrávené zbytky patří i vláknina. Potrava Ústa Hltan a jícen Žaludek Dvanáctník Tenké střevo Tlusté střevo Řitní kanál

10 10 Trávení Během procesu trávení dochází za pomoci hydrolytických enzymů k rozkladu potravy na jednodušší látky. potrava trávení jednodušší látky nové sloučeniny CO 2, H 2 O, energie

11 11 Metabolismus Metabolismus jsou všechny chemické procesy, při nichž dochází k přeměně látek (látková výměna) a energií (energetická výměna) v buňkách a živých organismech. Metabolismus v sobě zahrnuje přeměny produktů trávení na odpadní látky, nebo výstavby nových pro život důležitých sloučenin. Co je metabolit? Metabolit je produkt metabolismu.

12 12 Schéma metabolismu Zažívací trubice SacharidyBílkovinyLipidy MonosacharidyAminokyselinyMastné kyseliny Trávení Ukládány jako glykogen v játrech Ukládány v pojivové tkáni Ukládány jako tuk v tukové tkáni Pyruvát AcetylCoA Citrátový cyklus Odstranění aminoskupiny Amoniak Moč Energie, oxid uhličitý a voda

13 13 Anabolismus a katabolismus AnabolismusKatabolismus Látky chemicky složitější Látky chemicky jednodušší + energie rozklad syntéza Anabolické reakce jsou především endergonické (energii spotřebovávají). Katabolické reakce jsou především exergonické (energii uvolňují).

14 14 Rychlost metabolismu Rychlost metabolismu je celkově ovlivňována hormony. Jednotlivé reakce jsou katalyzovány enzymy, a tím jsou urychlovány. Čím je rychlost ovlivněna? 1.Věkem 2.Pohlavím 3.Celkovým stavem organismu (fyzickým i psychickým)

15 15 Organismy potřebují stále energii, kterou získávají rozkladem potravy. Tuto energii spotřebují na endergonické reakce. Kde organismus energii uchovává? v tzv. makroergických sloučeninách

16 16 Trávení sacharidů

17 17 Peptidový řetězec H3N+H3N+ COO - aminopeptidasakarboxypeptidasa endopeptidasa tripeptidasa dipeptidasa Trávení bílkovin

18 18 Trávení triacylglycerolů triacylglycerol mastné kyseliny (v tomto případě se jedná o kyselinu stearovou) monoacylglycerol (diacylglycerol, resp. glycerol)

19 19 Metabolismus sacharidů Odbourávání monosacharidů probíhá v několika fázích: 1. Fáze glykolýzy 2. Fáze glykolýzy 3. Fáze glykolýzy 4. Aerobní a anaerobní odbourávání pyruvátu

20 20 trávení amylasy 2x ADP isomerace sacharidy glukosa glukosa-6-fosfát fruktosa-6-fosfát fruktosa-1,6-bisfosfát 2x glyceraldehyd-3-fosfát 2x 2-fosfoglycerát 2x pyruvát 2x ATP 2x (NADH+H + ) ATP ADP 2x (NAD + +P) Glykolýza - schéma 2x 1,3-bisfosfoglycerát 2x 3-fosfoglycerát 2x fosfoenolpyruvát 2x ADP 2x ATP 2x H 2 O 1. fáze glykolýzy 2. fáze glykolýzy 3. fáze glykolýzy Celkový zisk: 2 molekuly ATP 2 molekuly NADH

21 21

22 22 Aerobní odbourávání pyruvátu 1. Aerobní odbourávání pyruvátu (oxidační dekarboxylace pyruvátu) acetylkoenzym A

23 23

24 24 2B Alkoholové (ethanolové) kvašení Anaerobní odbourávání pyruvátu 2. Anaerobní odbourávání pyruvátu 2A Tvorba laktátu laktát

25 25

26 26 Aerobní a anaerobní odbourávání - schéma pyruvát aerobní odbourávání anaerobní odbourávání acetylkoenzym A citrátový cyklus + dýchací řetězec CO 2, H 2 O + energie tvorba laktátualkoholové kvašení laktátethanol

27 27 Metabolismus triacylglycerolů

28 28 Odbourávání mastných kyselin Aktivace mastných kyselin 1. Fáze β-oxidace 2. Fáze β-oxidace karboxylová kyselina koenzym A aktivovaná karboxylová kyselina enoylkoenzym A hydroxyacylkoenzym A oxoacylkoenzym A

29 29 3. Fáze β-oxidace aktivovaná mastná kyselina zkrácená o dva uhlíky Odbourávání mastných kyselin acetylkoenzym A Původní řetězec karboxylové kyseliny se vždy zkracuje o dva uhlíky.

30 30 triacylglycerol trávení karboxylová kyselina glycerol glykolýza ATP + CoA-SH AMPAMP aktivace mastných kyselin aktivovaná mastná kyselina FADH 2 FAD dehydrogenace enoylCoA H2OH2O hydratace hydroxyacylCoA NAD + NADH + H + dehydrogenace oxoacylCoA CoA-SH acetylCoA citrátový cyklus + dýchací řetězec CO 2,H 2 O + energie aktivovaná mastná kyselina zkrácená o dva uhlíky enoylCoA hydroxyacylCoA oxoacylCoA FAD FADH 2 H2OH2O NAD + NADH + H +

31 31 triacylglycerol trávení karboxylová kyselina glycerol glykolýza ATP + CoA-SH ADP aktivovaná mastná kyselina FADH 2 FAD enoylCoA H2OH2O hydroxyacylCoA NAD + NADH + H + oxoacylCoA CoA-SH acetylCoA CO 2,H 2 O + energie aktivovaná mastná kyselina zkrácená o dva uhlíky enoylCoA hydroxyacylCoA oxoacylCoA FAD FADH 2 H2OH2O NAD + NADH + H + citrátový cyklus + dýchací řetězec aktivace mastných kyselin 1. fáze ß-oxidace 2. fáze ß-oxidace 3. fáze ß-oxidace 1. fáze ß-oxidace 2. fáze ß-oxidace

32 32 Rozdíly v energetickém výtěžku Zisk (počet molekul) Energie uvolněná ATPNADHFADH 2 při úplné oxidaci 1 molekuly glukosy 4102 při anerobním odbourávání 1 molekuly glukosy 200 při rozštěpení 1 molekuly kyseliny palmitové

33 33 Vztah metabolismu triacylglycerolů a sacharidů tukysacharidy pyruvát acetylkoenzym A potrava mastné kyseliny + glycerolmonosacharidy laktát citrátový cyklus + dýchací řetězec CO 2,H 2 O, energie

34 34 Citrátový cyklus

35 35

36 36 Oxalacetát Citrát S-CoA Acetylkoenzym A Isocitrát 2-oxoglutarát Sukcinylkoenzym A Sukcinát Fumarát Malát H S-CoA H GTP H Dýchací řetězec Citrátový cyklus – spustit animaci

37 37 Během dýchání dochází k oxidaci živin, a tím vzniká energie potřebná pro pohon řady biochemických procesů. Respirace (dýchání) O2O2 CO 2

38 38 Dýchání (respiraci) můžeme rozdělit na dvě rozdílné části jednoho procesu: Vnitřní respiraceVnější respirace Dodává kyslík buňkám, a tím umožňuje vnitřní respiraci. Probíhá v buňkách. Složky potravy jsou odbourávány řadou chemických reakcí, z nichž většina potřebuje kyslík. Tyto reakce uvolňují energii. Vnější a vnitřní respirace

39 39 Dýchací řetězec je lokalizován ve vnitřní mitochondriální membráně. Citrátový cyklus probíhá v matrix mitochondrie. Vnější membrána Vnitřní membrána Matrix Mezimembránový prostor Mitochondrie

40 40 Dýchací řetězec Dýchací řetězec je souborem reakcí, které ukončují energetické odbourávání monosacharidů, mastných kyselin, glycerolu a aminokyselin. V dýchacím řetězci probíhá oxidace redukovaných koenzymů: NADH + H + → NAD + + 2H + + 2e - FADH 2 → FAD + 2H + + 2e - Protony jsou přenášeny do mezimembránového prostoru. Elektrony jsou přenášeny po sérii akceptorů na elementární kyslík za vzniku vody. 4H + (z matrix) + 4e - + O 2 → 2H 2 O + energie

41 41 Dýchací řetězec Dýchací řetězec se skládá ze 4 enzymových komplexů a z enzymu ATP-synthasy. Během přenosu elektronů vzniká energie, kterou využívá každý enzymový komplex k čerpání protonů z matrix do mezimembránového prostoru Při přechodu protonů zpět do matrix vzniká energie, která pohání syntézu ATP z ADP a anorganického fosfátu. Protony roztáčí stopku hlavy ATP-synthasy, a tím dochází k syntéze ATP.

42 42 Vnější mitochondriální membrána Vnitřní mitochondriální membrána PyruvátMastné kyseliny Cytosol PyruvátMastné kyseliny Citrátový cyklus Acetyl-CoA 3NADH; FADH 2 2CO 2 O2O2 O2O2 3NAD +, FAD 2H 2 O ATP - synthasa H+H+ H+H+ H+H+ H+H+ H+H+ H+H+ H+H+ H+H+ H+H+ H+H+ ADP + P H+H+ H+H+ H+H+ H+H+ H+H+ e-e- Dýchací řetězec Schéma energetického metabolismu v mitochondriích Matrix ATP H+H+ (Pomocí přenašeče)

43 43

44 44 Enzymové komplexy (zjednodušené schema) I NADH-CoQ oxidoreduktasa II Sukcinát-CoQ oxidoreduktasa III CoQH 2 – cytochrom c oxidoreduktasa IV Cytochrom c oxidasa V ATP-synthasa Matrix IIIIV H 2 O 4H + 4e - 4H + 2e - V H + ADP + P ATP H+H+ 2e - II 2e - FADH 2 FAD 2H + Koenzym Q I NADH + H + NAD + 2e - 2H + Cyt c O2+O2+ 4H + 2H + 4H +

45 45 Enzymové komplexy: Komplex I Komplex I: NADH-CoQ-oxidoreduktasa NADH + H + + CoQ → NAD + + CoQH 2 I NADH + H + NAD H + 2Fe 2+ 2Fe 3+ FMN FMNH 2 (2H +,2e - ) 2Fe 3+ 2Fe 2+ 2H + 2CoQH. (1e -,1H + ) 2CoQH 2 (2e -,2H + ) 4H + 2e - Matrix 2e - 2H +

46 46 Enzymové komplexy: Komplex II II Sukcinát - OOC-CH 2 -CH 2 -COO - Fumarát - OOC-CH=CH-COO Matrix 2e - FAD FADH 2 (2H +,2e - ) 2CoQH. (1e -,1H + ) 2CoQH 2 (2e -,2H + ) Komplex II: Sukcinát-CoQ-oxidoreduktasa FADH 2 + CoQ → FAD + CoQH 2 4H + 2H +

47 47 Elektron z komplexu I nebo II IV Komplex III: CoQH 2 –cytochrom-c-oxidoreduktasa CoQH cyt c (Fe 3+ ) → CoQ + 2 cyt c (Fe 2+ ) + 2 H + Enzymové komplexy: Komplex III III Cyt c H+H+ e-e- e-e- CoQH 2 (2e -,2H + ) e-e- CoQH. (1e -,1H + ) 2H + e-e- Cyt b Koenzym Q Matrix H+H+

48 48 Elektron z komplexu I nebo II Komplex III: CoQH 2 –cytochrom-c-oxidoreduktasa CoQH cyt c (Fe 3+ ) → CoQ + 2 cyt c (Fe 2+ ) + 2 H + Enzymové komplexy: Komplex III Koenzym Q Matrix CoQH. (1e -,1H + ) e-e- H+H+ CoQH 2 (2e -,2H + ) CoQH. (1e -,1H + ) Cyt c e-e- H+H+ H+H+ Cyt b e-e- CoQH. (1e -,1H + ) H+H+ e-e- CoQ H+H+ e-e- H+H+ e-e- H+H+ H+H+ H+H+ H+H+ H+H+ H+H+ e-e- H+H+ CoQH. (1e -,1H + ) e-e- H+H+ Spustit animaci

49 49 Elektron z komplexu I nebo II Komplex III: CoQH 2 –cytochrom-c-oxidoreduktasa CoQH cyt c (Fe 3+ ) → CoQ + 2 cyt c (Fe 2+ ) + 2 H + Enzymové komplexy: Komplex III Cyt b Koenzym Q Matrix CoQH. (1e -,1H + ) CoQH 2 (2e -,2H + ) e-e- H+H+ CoQH. (1e -,1H + ) H+H+ H+H+ Cyt c CoQ e-e- e-e- e-e- e-e- H+H+ H+H+ e-e- H+H+ H+H+ H+H+ e-e-

50 Enzymové komplexy: Komplex IV IIIIV Cyt c 2 H 2 O 4H + 4e-4e- e-e- e-e- O2+O2+ Komplex IV: Cytochrom-c-oxidasa 4 cyt c (Fe 2+ ) H + → 4 cyt c (Fe 3+ ) + 2 H 2 O Cyt a Cyt a 3 Cyt c Matrix e-e- e-e-

51 51 Enzymové komplexy I NADH-CoQ oxidoreduktasa II Sukcinát-CoQ oxidoreduktasa III CoQH 2 – cytochrom c oxidoreduktasa IV Cytochrom c oxidasa V ATP-synthasa Matrix IIIIV H 2 O 4H + 4e - 4H + 2e - V H+H+ ADP + P ATP H+H+ 2e - II e-e- FADH 2 FAD e-e- 2H + CoQH 2 CoQH. I NADH + H + NAD + e-e- 2H + CoQH. Cyt c CoQH 2 e-e- O2+O2+ e-e- 4H + 2H + e-e- Sukcinát - OOC-CH 2 -CH 2 -COO - Fumarát - OOC-CH=CH-COO -

52 52 Reakce enzymových komplexů Komplex I: NADH-CoQ-oxidoreduktasa Komplex II: Sukcinát-CoQ-oxidoreduktasa Komplex III: CoQH 2 -cytochrom-c-oxidoreduktasa Komplex IV: Cytochrom-c-oxidasa NADH + H + + CoQ → NAD + + CoQH 2 FADH 2 + CoQ → FAD + CoQH 2 CoQH cyt c (Fe 3+ ) → CoQ + 2 cyt c (Fe 2+ ) + 2H + 4 cyt c (Fe 2+ ) H + → 4 cyt c (Fe 3+ ) + 2 H 2 O Kyslík udržuje komplex cytochromů v oxidovaném stavu (Fe 2+ zoxiduje zpátky na Fe 3+ ).

53 53 Koenzym FADH 2

54 54 V dýchacím řetězci probíhá oxidace redukovaných koenzymů. Koenzym FADH 2

55 55 Koenzym NADH

56 56 V dýchacím řetězci probíhá oxidace redukovaných koenzymů. Koenzym NADH

57 57 Koenzym Q, Koenzym QH 2 NADH + H + + CoQ → NAD + + CoQH 2 FADH 2 + CoQ → FAD + CoQH 2

58 58

59 59

60 60

61 61 [1] ALBERTS, B. a kol. Základy buněčné biologie. Ústí nad Labem: Espero Publishing, [2] SOFROVÁ, D. – TICHÁ, M. a kol. Biochemie – základní kurz. Praha: skripta UK, [3] KARLSON, P. Základy biochemie. Praha: Academia, [4] BLOOMFIELD, M., M. Chemistry and the Living Organism. Canada: John Wiley & Sons, Inc., [5] KLOUDA, P. Základy biochemie. Ostrava: nakladatelství Pavel Klouda, [6] VODRÁŽKA, Z. Biochemie. Praha: Scientia, [7] McKEE, T. – McKEE, J. Biochemistry: an introduction. United States of America: McGraw-Hill Companies, Použitá literatura Obrázky: Milada Teplá (Adobe flash, ChemSketch)


Stáhnout ppt "1 Trávení a metabolismus přírodních látek (základní metabolické procesy) Milada Teplá, Helena Klímová, KUDCH, PřF UK v Praze."

Podobné prezentace


Reklamy Google