M ETABOLICKÉ DĚJE Mgr. Jaroslav Najbert

Gymnázium a Jazyková škola s právem státní jazykové zkoušky Svitavy Název školy Gymnázium a Jazyková škola s právem státní jazykové zkoušky Svitavy Adresa školy Sokolovská 1638 IČO Operační program Operační program Vzdělávání pro konkurenceschopnost Registrační číslo CZ.1.07/1.1.28/ Označení vzdělávacího materiálu K_INOVACE_1.CH.30 Vzdělávací oblast Člověk a příroda Vzdělávací obor Chemie Tematický okruh Metabolismus Zhotoveno srpen, září 2012 Ročník Vyšší stupeň osmiletého gymnázia a čtyřleté gymnázium (RVP – G) Anotace Materiál je určen jako studijní v předmětu biochemie, který integruje vzdělávací obory biologie a chemie. Je zaměřen na obecnou charakteristiku metabolických dějů.

Gymnázium a Jazyková škola s právem státní jazykové zkoušky Svitavy Obecná charakteristika Biochemie – věda, studující chemické děje probíhající v živých soustavách. Živé soustavy – stejné prvkové složení jako neživé, rozdílné je procentuální zastoupení prvků – rozdělení na makro, mikro a semimikro elementy. C, H, N, O, P, Ca >2% označovány jako primární. Živé objekty – otevřené systémy, existující ve stacionárně rovnovážném stavu – ustálený, dynamický stav, kdy je výměna hmoty a energie s okolím v rovnováze (může být porušeno). Pro děje, které probíhají v ŽS, lze aplikovat fyzikální vztahy a lze je charakterizovat pomocí veličin entropie a Gibbsova energie (volná entalpie)

Gymnázium a Jazyková škola s právem státní jazykové zkoušky Svitavy Entropie ∆ S – změna entropie – míra neuspořádanosti systému, platí ∆ S = 0 – vratné děje ∆ S > 0 – nevratné děje, pravděpodobné ∆ S < 0 – neuskutečnitelné děje Při růstu lze aplikovat ∆ S 0 ∆ S = k. ln ∆ T

Gymnázium a Jazyková škola s právem státní jazykové zkoušky Svitavy Gibbsova energie (volná entalpie) ∆ G – změna Gibbsovy energie (volné entalpie) ∆ G > 0 – endotermní ∆ G < 0 – exotermní - viz termochemie Platí ∆ G = ∆ H – T. ∆ S, kde H je entalpie = tepelný obsah ∆ G = -R. T. ln K, kde K = rovnovážná konstanta ∆ G = - n. F. E°, kde F = Faradayův náboj, E° = oxidačně redukční potenciál.

Gymnázium a Jazyková škola s právem státní jazykové zkoušky Svitavy Metabolismus Metabolismus – výměna látek s okolím. Z hlediska zisku energie lze organismy rozdělit na: Autotrofní Mixotrofní Heterotrofní chemoautotrofní fotoautotrofní fotolitotrofní fotoorganotrofní fotosyntetické

Gymnázium a Jazyková škola s právem státní jazykové zkoušky Svitavy Chemoautotrofní organismy Bez fotosyntetických pigmentů Energie k redukci CO 2 do sacharidů získávána oxidací anorganických látek. H2SH2S NH 3 H2H2 Fe CH 4 Bakterie, žijící v extrémních podmínkách

Gymnázium a Jazyková škola s právem státní jazykové zkoušky Svitavy Fotoautotrofní organismy Fotolitotrofní - energie světelná, elektron získán oxidací anorganické Látky – bakterie. Fotoorganotrofní – energie světelná, elektron získán oxidací organické látky – alkohol, kyselina – bakterie. Fotosyntetické - energie světelná, elektron získán oxidací anorganické látky – H 2 O, uvolňován kyslík (oxygenní typ). Fotosyntetické organismy lze dále dělit podle typu fotosyntetických barviv.

Gymnázium a Jazyková škola s právem státní jazykové zkoušky Svitavy Mixotrofní organismy Fakultativní heterotrofové – fotosyntetické pigmenty, některé biogenní prvky získány rozkladem složitých organických látek. řasy bakteriemasožravé rostliny Žijí v prostředí, kde musí získávat některé biogenní prvky rozkladem složitých organických molekul.

Gymnázium a Jazyková škola s právem státní jazykové zkoušky Svitavy Heterotrofní organismy Energie a uhlík získávány rozkladem složitých organických látek. živočichové houby bakterie nezelené rostliny Cynomorium Zárazovité Hořcovité

Gymnázium a Jazyková škola s právem státní jazykové zkoušky Svitavy Charakteristika metabolismu Látkový metabolismus Sledujeme chemické přeměny látek, neuvažujeme energetické změny. Energetický metabolismus Sledujeme tvorbu nebo spotřebu přenašečů energie (ATP, GTP) a redukovaných koenzymů (NADH+H+, FADH2).

Gymnázium a Jazyková škola s právem státní jazykové zkoušky Svitavy Energetické přeměny – katabolické reakce Katabolické reakce (disimilační) Rozklad složitějších látek na jednodušší, uvolněná energie v přenašečích (ATP, GTP...) přenesena pro anabolické děje, část nevyužita jako odpadní teplo. složitějšíjednodušší AMP +P ADP +P ADP ATP

Gymnázium a Jazyková škola s právem státní jazykové zkoušky Svitavy Energetické přeměny – anabolické reakce Anabolické reakce(asimilační) Složitější látky syntetizovány z jednodušších, využita energie rozkladem makroergních vazeb zásobních látek nebo látek přijatých v potravě. složitější jednodušší ATPADP + P AMP + P

Gymnázium a Jazyková škola s právem státní jazykové zkoušky Svitavy Amfibolické děje Metabolické dráhy, jejichž meziprodukty podléhají katabolickým reakcím, ale mohou být i substráty pro anabolické děje. Krebsův cyklus Katabolické reakce – tvorba redukovaných koenzymů, ATP a CO 2 Anabolické reakce – meziprodukty využity pro syntézu hemu, transaminace, deaminace Anaplerotické dráhy - metabolické reakce, které slouží k doplňování meziproduktů cyklických drah

Gymnázium a Jazyková škola s právem státní jazykové zkoušky Svitavy Tvorba ATP - fosforylace Oxidativní fosforylace ATP produktem dýchacího řetězce NADH+H + = 3ATPFADH 2 = 2 ATP Substrátová fosforylace V metabolických dějích mimo dýchací řetězec (anaerobní Glykolýza, Krebsův cyklus) Fotofosforylace V průběhu fotosyntézy

Gymnázium a Jazyková škola s právem státní jazykové zkoušky Svitavy Tok energie rostliny živočichové energie světelného záření energie chemických vazeb anabolismus mechanická energie tepelná energie elektrická energie zářivá energie

Gymnázium a Jazyková škola s právem státní jazykové zkoušky Svitavy Materiál je určen pro bezplatné používání pro potřeby výuky a vzdělávání na všech typech škol a školských zařízeních. Jakékoliv další využití podléhá autorskému zákonu. Zdroje a použitá literatura 1.JAN MUSIL. Biochemie v obrazech a schématech. II., zcela přepracované vydání. Praha: Avicenum, MURRAY, Robert K. Harperova biochemie. 23. vyd. Jinočany: H H, 2002, ix, [3], 872 s. ISBN