METABOLISMUS ŠÁRKA VOPĚNKOVÁ 2012

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.

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

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

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

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).

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

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

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

KDE VZNIKÁ ATP KDE SE VYUŽÍVÁ

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

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

BUNĚČNÉ DÝCHÁNÍ

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

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

Etapy buněčné respirace

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

Elektron-transportní řetězec

Elektron-transportní řetězec

Celkový výtěžek buněčné respirace

Etapy buněčného dýchání

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

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

Celkový výtěžek buněčné respirace

Alkoholové kvašení

Mléčné kvašení

ZDROJE ZÁVODSKÁ, Radka. 2006. Praha: Nakladatelství Scientia, 2006. ISBN 80-86960-15-3