Metabolismus sacharidů RNDr. Naďa Kosová

Obecné schéma metabolismu Bílkoviny aminokyseliny Cukry mastné kys. a glycerol Tuky monosacharidy Buňka Pyruvát Acetyl-CoA Krebsův cyklus CO2 NH3 H2 Dýchací řetězec H2O

Metabolismus sacharidů ANABOLISMUS KATABOLISMUS Fotosyntéza – vznik glukózy Biosyntéza sacharózy Biosyntéza amylopektinu, amylózy, glykogenu Štěpení poly a oligosacharidů účinkem enzymů Přeměna monosacharidů

Fotosyntéza

Fotosyntéza 6CO2 + 12H2O C6H12O6 + 6 H2O + 6O2

CO2 Chlorofyl A enzym RubisCo Fotolýza vody fotofosforylace FOTOCHEMICKÁ FÁZE SYNTETICKÁ FÁZE CO2 ATP Chlorofyl A enzym RubisCo Fotolýza vody fotofosforylace NADPH + H+ Calvinův cyklus H20 ADP NADP+ O2 H20 glukóza

PI PII e- -0,6 -0,4 e- -0,2 e- +0,2 e- +0,4 e- +0,6 e- +0,8 +1,0 A0 A1 Redox – potenciál mV e- -0,6 -0,4 -0,2 +0,2 +0,4 +0,6 +0,8 +1,0 FeSR A0 A1 FeSC NDPH + H+ FeSA FeSB Fd FP P*700 ADP + Pi NADP+ e- ATP ADP + Pi ATP Q e- Ph PQa Komplex b6/f PQ FESR P*680 QPb e- PC PI e- ½ 02 P700 2H+ K e- Z Mn2+ PII H2O P680

Fotochemická fáze Absorpce světla Světlo uvolní z molekul chlorofylu eng. bohaté e- Redoxní systém v membráně thylakoidu Tvorba ATP (fotofosforylace) Tvorba NADPH

Fotochemická fáze Fotolýza vody (Hillova reakce) H2O 2H+ + 2e- + ½ O2 Chlorofyl PII NADP+ + 2H+ NADPH + H+

Fotofosforylace Cyklická Necyklická návrat e- zpět do PI získání energie ve formě ATP Necyklická Přenos e- přes PI a PII na NADP+ (necyklický tok e-) Vzniká jak ATP, tak NADPH + H+

Calvinův cyklus

Glyceraldehyd- 3-fosfát 3C Glyceraldehyd- 3-fosfát 3C tři molekuly CO2 3C tři molekuly šest molekul Ribulosa- 1,5-bisfosfát 5C 3-fosfoglycerát 3C 6 ATP 3 ADP 6 ADP 2 ATP šest molekul tři molekuly 1,3-bisfosfoglycerát 3C Ribulosa- 5-fosfát 5C 6 ATP 6 ADP 2 Pi 6 Pi pět molekul šest molekul Glyceraldehyd- 3-fosfát 3C Glyceraldehyd- 3-fosfát 3C jedna molekula Glyceraldehyd- 3-fosfát 3C Cukry, mastné kyseliny, AK

Calvinův cyklus – fáze Fixace CO2 Vznik aktivní redukovné formy karboxylu Katalyzátor Rubisco = ribulóza-1,5-bisfosfokarboxyláza/oxygenáza Nejhojnější protein v biosféře

Redukční fáze Substrát: 3-fosfoglycerát Koenzym: NADPH Energie: ATP Produkt: glyceraldehyd-3-fosfát izomerace dihydroxyacetonfosfát

Dihydroxyacetonfosfát Přechod z chloroplastu do cytosolu regenaerace Aldolová kondenzace Ribulosa- 1,5-fosfát 5C Fruktóza-1,6-bisfosfát 6C Glukóza-6- fosfát 6C

Katabolický děj

GLYKOLÝZA Citrátový cyklus Oxidační fosforylace glukosa 2 ADP +2Pi 2 NAD+ Fruktos-1,6-bisfosfát 2 ATP 2 NADH 2 pyruvát Anaerobní alkoholové kvašení Aerobní oxidace Anaerobní mléčné kvašení Citrátový cyklus 2 NADH 2 NADH 2 NADH 6 O2 2 NAD+ Oxidační fosforylace 2 NAD+ 2 NAD+ 2 laktát 2 CO2 + ethanol 6 CO2 + 6 H2O

Glykolýza Metabolická dráha – degradace glukózy Probíhá v cytosolu Nevyžaduje O2 (anaerobní) glukóza + 2NAD+ + 2ADP + 2P 2NADH + 2ATP + 2H2O + 4H+ + 2pyruvát

dihydroxyacetonfosfát Glykolýza Glukóza Fruktóza-6-fosfát Glukóza-6-fosfát Fruktóza-1,6-bisfosfát dihydroxyacetonfosfát Glyceraldehydfosfát 1,3-bisfosfoglycerát 3-fosfoglycerát 2-fosfoglycerát fosfoenolpyruvát PYRUVÁT

Odbourávání pyruvátu Fermentace = alkoholové kvašení Pyruvát + H+→acetaldehyd+CO2 Acetaldehyd + NADPH + H+→ethanol + NAD+ Je to přeměna pyruvátu na alkohol Typické pro kvasinky C6H12O6→2C2H5OH+2CO2

Odbourávání pyruvátu Anaerobní cesta Pyruvát + NADPH + H+→ laktát + NAD+ Probíhá v unavených svalech Provádí ji bakterie mléčného kvašení

Odbourávání pyruvátu Aerobní cesta (aerobní dekarboxylace kyseliny pyrohroznové) Probíhá v matrixu mitochondrií Pyruvát + NAD+ + CoA → acetyl-Co-A + CO2 + NADPH + H+ Následuje Krebsův cyklus

Krebsův cyklus

Probíhá řada postupných na sebe napojených a do kruhu uspořádaných reakcí acetyl-koenzymu A a karboxylových kyselin Uvolňuje se CO2 a H2 Vodík redukuje koenzymy a přechází do dalšího procesu

Dýchací řetězec

Probíhá na vnitřní membráně mitochondrií K uvolňování energie dochází přenosem H navázaného z redukovaných koenzymů Energie se ukládá do ATP Děj probíhá kaskádovitě Dýchací řetězec je transport elektronů atomových vodíků ze substrátu systémem enzymů (oxidoreduktáz) na akceptory Akceptorem u aerobních organismů je kyslík

Kaskádovitý průběh 1. Kotvený komplex 1. Mobilní komplex NADH + H+ 1. Kotvený komplex FMN, FES 1.ATP 1. Mobilní komplex Koenzym Q 2. Kotvený komplex FADH2 2.ATP 3. Kotvený komplex Cytochromreduktáza 2. Mobilní komplex Cytochrom c 3.ATP 4. Kotvený komplex Cytochromoxidáza

Fáze DŘ Respirační řetězec: Oxidační fosforylace: vlastní předání elektronů. Oxidační fosforylace: vznik ATP Oba tyto děje jsou spřažené = probíhají zároveň

Fáze DŘ 2H2 + O2 → 2H2O Přechod musí být několikastupňový Exergonický děj Energie je příliš mnoho, než aby ji buňka mohla využít Přechod musí být několikastupňový 4 enzymové komplexy pevné (cytochrómreduktázy a –oxidázy) a 2 přenašeče mobilní (CoA-ubichinon) Poslední v řadě je kyslík

Dýchací řetězec Vznik ATP – chemoosmotrofní teorie Respirační kvocient Faktory ovlivňující dýchání Vnější (teplota, dostatek O2 a H2O) Vnitřní (množství a stav mitochondrií, dostatek potřebných látek)

Konec