Energetický metabolismus Petr Tůma

Přenos energie v živých soustavách vznik energie – oxidace potravy ΔG < 0 spotřeba energie – syntetické děje ΔG > 0 přenos energie – aktivované přenašeče (ATP, NADH) spřažené reakce – umožňují průběh syntetických dějů např. syntéza glutaminu: glutamát + NH3 + ATP → glutamin + ADP + P

ATP univerzální přenašeč energie hydrolýza ATP - ΔG0 = -30 – -35 kJ mol-1 denní spotřeba energie 12.000 kJ (účinnost 40 %) = 145 mol ATP = 75 kg ATP Mr(ATP) 503 g/mol koncentrace ATP v tkáni cca 1 mM zásoba 1-2 min. Mechanismus aktivace molekul koenzym kinas: glukosa-6-fosfát, fruktosa-6-fosfat, fosforylace kreatinu proteinkinasy a proteinfosfatasy: Ser, Thr, Tyr Funkce ATP syntéza složitých molekul aktivace metabolických drah - glykolýza přenos látek přes membrány a udržování membránového potenciálu pohon molekulových motorů

Další energií bohaté sloučeniny ΔG0´, kJ mol-1 fosfoenolpyruvát -61,9 glykolýza 1,3 - bisfosfoglycerát -49,3 karbamoylfosfát syntéza močoviny, pyrimidinů kreatinfosfát -43,1 sval ATP -30,5 univerzální acyl-CoA -30 syntéza MK GTP syntéza bílkovin UTP glykosidová vazba CTP syntéza fosfolipidů ITP glukoneogenéze

Syntéza ATP substrátová fosforylace 1,3 bisfosfoglycerát + ADP + P + H2O → 3-fosfoglycerát + ATP fosfoenolpyruvát + ADP + P + H2O → pyruvát + ATP fosforylace spřažená s tokem elektronů dýchací řetězec transformace ΔG redoxních reakcí na ATP E = n.F.U F = 96 500 J/mol koenzymy E, V NAD+/NADH + H+ -0,32 FMN/FMNH2 -0,08 ubichinon/ubichinol +0,05 cytochrom c (Fe2+/Fe3+) +0,24 O2/O2- +0,82

Mitochondrie - struktura

Mitochondrie - metabolické funkce

Enzymy dýchacího řetězce komplex I - NADH-ubichinonreduktasa komplex II - sukcinát-ubichinonreduktasa komplex III - ubichinol-cyt c-reduktasa komplex IV – cytochrom c-oxidasa NAD+/NADH + H+ FAD+/FADH + H+ FMN+/FMNH + H+ ubichinol/ubichinon

NADH + H+ NAD+ FADH+H+ FAD+ ubichinol ubichinon ΔG kJ mol-1 ΔE, V NADH + H+ NAD+ 2 H+ + 2 e- - 0,32 V 0,36 -69,5 komplex I FADH+H+ FAD+ ubichinol ubichinon + 0,05 V komplex II komplex III 0,19 -36,7 cyt c + 0,24 V komplex IV 0,58 -112,0 ½O2 / H2O + 0,82 V Σ 1,13 Σ -218,2

Dýchací řetězec

Vnitřní mitochondriální membrána

Syntéza ATP – aerobní fosforylace komplex V – ATP-syntasa (FiFo- ATPasa) přeměna gradientu H+ na ATP NADH + H+ - 3 (2,5) ATP FADH + H+ - 2 (1,5) ATP 90 % ATP – aerobní fosforylace rozpojovače – uncouplers 2,4-dinitrofenol hnědý tuk – thermogenin – adaptace na chlad

ATP-syntasa

Citrátový cyklus – křižovatka metabolických drah utilizuje acetyl-CoA – společný meziprodukt: sacharidů, lipidů, proteinů katabolická funkce: syntéza ATP anabolická funkce: syntéza AMK, hemu, glukosy, lipidů Předpoklady průběhu acetyl-CoA oxalacetát: anaplerotické reakce

Citrátový cyklus Enzymy Citrátsynthasa Akonitasa Isocitrátdehydrogenasa 2-ketoglutarátdehydrogenasa Sukcinyl-CoA syntetasa Sukcinátdehydrogenasa Fumaráthydratasa Malátdehydrogenasa

Energetická bilance Reakce Kofaktor ATP isocitrát → 2-oxoglutarát NADH + H+ 3 (2,5) 2-oxoglutarát → sukcinyl-CoA sukcinyl-CoA → sukcinát - 1 sukcinát → fumarát FADH + H+ 2 (1,5) malát → oxalacetát 12 (10)

Regulace aktivace – ADP + AMP, NAD+ + FAD+, O2 inhibice – nadbytek ATP a NADH regulační enzymy citrátsyntasa isocitrátdehydrogenasa 2-oxoglutáratdehydrogenasa specifické inhibitory fluoroacetát – akonitasa sloučeniny As - 2-oxoglutáratdehydrogenasa malonát - sukcinátdehydrogenasa

Anaplerotické reakce pyruvát + CO2 + ATP → OAA + ADP aminokyseliny pyruvátkarboxylasa aminokyseliny Asp, Asn – OAA Glu, Gln, His, Pro, Arg – 2-oxoglutarát Ile, Val, Met, Trp – sukcinyl-CoA Ala, Ser, Thr, Cys, Gly - pyruvát degradace MK s lichým počtem C propionyl-CoA – sukcinyl-CoA

Anabolické funkce citrátového cyklu syntéza MK a steroidů 2-oxoglutarát metabolismus AMK skupiny Glu sukcinyl-CoA syntéza hemu sukcinát, fumarát syntéza AMK malát, OAA glukoneogenese, AMK skupiny Asp

Funkce citrátového cyklu