Metabolismus buňky Projekt OBZORY

Prezentace na téma: "Metabolismus buňky Projekt OBZORY"— Transkript prezentace:

1 Metabolismus buňky Projekt OBZORY
Gymnázium, Praha 10, Voděradská 2 Projekt OBZORY Metabolismus buňky Praha & EU: Investujeme do vaší budoucnosti Evropský sociální fond

2 Úvod V buňce probíhá nepřetržitě přeměna látek a energie = metabolismus Živá buňka, kde neprobíhá metabolismus, neexistuje. V některých případech může být metabolismus dočasně zastaven (spory, organismy v anabióze, semena rostlin) U virů je metabolismus vázán na hostitelskou buňku Metabolické procesy v buňce jsou řízeny enzymy, skupiny enzymů tvoří metabolické dráhy (např. metabolická dráha glykolýzy)

3 Katabolismus a anabolismus
Metabolismus může probíhat ve dvou směrech Katabolismus rozklad složitějších látek na jednodušší energie se uvolňuje např. buněčné dýchání, trávení Anabolismus syntéza složitějších látek z jednodušších energie se spotřebovává např. fotosyntéza, syntéza bílkovin

4 ATP - hlavní přenašeč energie v buňce

5 Význam ATP ATP = adenozintrifosfát
Odštěpením jednoho fosfátu vznikne ADP (adenozindifosfát) a uvolní se určité množství energie Tato uvolněná energie je využita jako zdroj energie pro anabolické reakce, pohyb, apod. ATP není možné transportovat mezi buňkami a ukládat do dlouhodobé zásoby, proto musí každá buňka umět vytvořit ATP

6 Vznik ATP v buňce ATP může v buňkách vznikat v zásadě třemi způsoby
Substrátová fosforylace – látka bohatá na energii se rozkládá na jednodušší látky, přitom se uvolní určité množství energie, které dá vzniknout ATP (např. vznik ATP při glykolýze). Vznik ATP v dýchacím řetězci na membráně mitochondrie (nebo bakterie) - oxidativní fosforylace. Vznik ATP na membráně chloroplastu (nebo bakterie) při fotosyntéze - fotosyntetická fosforylace.

7 Hlavní varianty metabolismu
Varianty metabolismu organismů se rozlišují zejména z hlediska zdroje energie a stavebních organických látek Zdroj energie Světlo = fototrofní organismy Oxidace chemických látek = chemotrofní organismy Zdroj organických látek Organismus si je sám vyrábí z anorganických látek = autotrofní organismy Organismus je získává v potravě a upravuje je pro svou potřebu = heterotrofní organismy

8 Hlavní varianty metabolismu
Zmíněné typy se mohou všemi způsoby kombinovat, takže existují čtyři výsledné varianty: Fotoautotrofní organismy = rostliny, sinice, některé bakterie Fotoheterotrofní organismy = některé bakterie Chemoautotrofní organismy = některé bakterie Chemoheterotrofní organismy = většina bakterií, živočichové, houby, prvoci

9 Přehled zpracování energie
fotoautotrofní organismy typ chemoheterotrofní organismy rostliny příklad živočichové světlo zdroj energie organické látky v potravě fotosyntéza zpracování trávení glukóza produkt zpracování glukóza (glycerol, mastné kyseliny, aminokyseliny) buněčné dýchání / kvašení uvolňování energie ATP výsledný produkt

10 Tři nejdůležitější energetické procesy v buňkách
Buněčné dýchání – rozklad glukózy (nebo jiných látek) a tvorba ATP za aerobních podmínek Kvašení – rozklad glukózy nebo jiných látek a tvorba ATP za anaerobních podmínek Fotosyntéza – získávání energie ze světla, syntéza sacharidů (glukózy) za využití světelné energie

11 Buněčné dýchání Čtyři fáze, první je společná pro dýchání a některé druhy kvašení Anaerobní glykolýza rozklad molekuly glukózy (C6) za vzniku dvou molekul pyruvátu (2 x C3) na jednu molekulu glukózy se uvolní ve výsledku 2 molekuly ATP a zachytí se 4 atomy vodíku na 2 molekuly přenašeče NADH + H+ probíhá za anaerobních podmínek v cytoplazmě

12 Buněčné dýchání 2. Aerobní dekarboxylace pyruvátu
pyruvát (C3) se přeměňuje na aktivovanou kyselinu octovou (C2; kyselina octová vázaná na látku nazývanou koenzym-A)  vzniká acetyl Co-A přitom se odštěpuje molekula CO2 a vzniká 1 molekula přenašeče NADH + H+ probíhá za aerobních podmínek v cytoplazmě prokaryotní buňky nebo v matrix mitochondrie u eukaryot

13 Buněčné dýchání 3. Krebsův (citrátový) cyklus
acetyl Co-A (C2) vstupuje do Krebsova cyklu navázáním na oxalacetát (C4) vznikne tak citrát (kyselina citronová; C6) citrát se postupně přeměňuje na oxalacetát, v průběhu těchto přeměn se uvolní: 2 molekuly CO2 jedna molekula ATP 3 molekuly přenašeče NADH + H+ 1 molekula přenašeče FADH2 probíhá za aerobních podmínek v cytoplazmě prokaryotní buňky nebo v matrix mitochondrie u eukaryot

14 Buněčné dýchání 4. Dýchací řetězec
dýchací řetězec je založen na transportu elektronů po membránových přenašečích na základě energetického spádu mezi vodíkem a kyslíkem do dýchacího řetězce vstupuje vodík transportovaný přenašečem NADH + H+ (resp. FADH2) vodík H2 se rozkládá na 2 elektrony e- a 2 protony H+, na konci dýchacího řetězce se pak slučuje s O2 na H2O při transportu elektronů po membráně uvolňuje energie, která je nakonec využita pro vznik ATP tak, že vodík transportovaný NADH + H+ dodá energii na vznik 3 molekul ATP vodík transportovaný FADH2 dodá energii na vznik 2 molekul ATP dýchací řetězec probíhá za aerobních podmínek na záhybech plazmatické membrány prokaryotních buněk a na kristách mitochondrie u eukaryot

15 Kvašení nejběžnější varianty kvašení jsou v tomto případě:
první krok (anaerobní glykolýza) je shodný s buněčným dýcháním pokud trvají anaerobní podmínky a jsou přítomny příslušné enzymy, dochází ke zpětné hydrogenaci pyruvátu (vodíkem z NADH + H+) nejběžnější varianty kvašení jsou v tomto případě: Mléčné kvašení – vzniká kyselina mléčná (laktát) – např. ve svalech člověka, u některých bakterií, anaerobních živočichů Alkoholové kvašení – uvolňuje se CO2 a vzniká etanol – např. u kvasinek nebo některých bakterií kromě výše uvedených existuje řada dalších typů kvašení, kde substrátem není glukóza, ale jiné látky (např. octové kvašení, máselné kvašení, atd.)

16 Srovnání dýchání a kvašení
první krok (anaerobní glykolýza) je společný oběma procesům a probíhá za anaerobních podmínek dýchání dále probíhá v aerobních podmínkách, kvašení v anaerobních dýchání je mnohonásobně energeticky účinnější než kvašení; na jednu molekulu zpracované glukózy se při dýchání vytvoří x molekul ATP a při kvašení y molekul ATP sami vypočtěte x a y

17 Srovnání dýchání a kvašení
Výpočet x a y Dýchání: na jednu molekulu glukózy se uvolňují 2 ATP při glykolýze a 2 ATP v Krebsově cyklu celkem se na jednu molekulu glukózy vytvoří 10 molekul přenašeče NADH + H+ (2 při glykolýze, 2 při tvorbě acetyl Co-A a 2 x 3 = 6 v Krebsově cyklu se dále vytvoří 2 molekuly přenašeče FADH2 v dýchacím řetězci vznikne uvolněním vodíku z 10 molekul NADH + H+ celkem 30 molekul ATP, další 4 molekuly ATP vzniknou pomocí přenašeče FADH2 Celkový součet: = 38 ATP Kvašení: na jednu molekulu glukózy se uvolňují 2 ATP při glykolýze, žádné další ATP při kvašení nevzniká Celkový součet: 2 ATP

18 Fotosyntéza Principem je využití světelné energie ke vzniku energeticky bohaté látky – sacharidu (glukózy) Využívá fotosynteticky aktivní záření (380 – 750 nm, zhruba se překrývá s viditelným zářením), nejvyšší účinnost v modré (kolem 400 nm) a v červené (kolem 700 nm) části spektra Probíhá v buňkách sinic, fototrofních bakterií, v eukaryotních buňkách s chloroplasty (buňky vyšších rostlin, řas) Dvě na sebe navazující fáze Primární pochody fotosyntézy Sekundární pochody fotosyntézy Celková „rovnice“ fotosyntézy: 6CO2 + 12H2O  C6H12O6 + 6H2O + 6O2

19 Fotosyntéza Primární pochody fotosyntézy
– probíhají za přítomnosti světla na vnitřních membránách chloroplastu nebo prokaryotních buněk (na thylakoidech) cyklická fosforylace – cyklický transport elektronů, vstupuje energie světla, vystupuje energie vázaná na ATP necyklická fosforylace – necyklický transport elektronů, vstupuje energie světla a elektrony uvolněné z vodíku, vystupuje energie vázaná na ATP, transportované elektrony se spojují s protony a vzniklé atomy vodíku jsou zachyceny přenašečem NADPH + H+ fotolýza vody – rozklad molekuly vody na 2H+, 2e-, ½ O2, uvolněné elektrony vstupují do necyklické fosforylace 2. Sekundární pochody fotosyntézy základem je Calvinův cyklus – soubor reakcí, do kterého vstupuje CO2 a vystupuje z něho glukóza během Calvinova cyklu se využije vodík na přenašeči NADPH + H+ a energie na ATP, které přicházejí z primárních pochodů fotosyntézy

20 Srovnání fotosyntézy a dýchání
Fotosyntéza Dýchání anabolismus katabolismus glukóza vzniká glukóza se rozkládá ATP je meziprodukt propojující primární a sekundární pochody ATP je konečný produkt probíhá v buňkách s chlorofylem probíhá ve všech (aerobních) buňkách v eukaryotních buňkách probíhá v chloroplastech v eukaryotních buňkách probíhá v mitochondriích

21 Obrazová příloha

22 NAD(P)+ - přenašeč vodíku

23 Mitochondrie

24 Glykolýza

25 Vstupy a výstupy glykolýzy

26 Mléčné kvašení

27 Alkoholové kvašení

28 Krebsův cyklus

29 Krebsův cyklus

30 Dýchací řetězec na membráně mitochondrie

31 Dýchací řetězec na membráně mitochondrie

32 Chloroplast

33 Absorpce světla chlorofylem a a dalšími barvivy

34 Primární pochody fotosyntézy
Cyklická fosforylace modře Necyklická červeně

35 Sekundární pochody fotosyntézy Calvinův cyklus

36 Použité zdroje a literatura
ALBERTS, B. a kol.: Základy buněčné biologie. 1. vyd., Ústí nad Labem: Espero publishing. ISBN Obrázky převzaty z anglického vydání uvedené publikace a z webových stránek:

37 Tato prezentace byla vytvořena v rámci projektu OBZORY
Gymnázium, Praha 10, Voděradská 2 Projekt OBZORY Tato prezentace byla vytvořena v rámci projektu OBZORY Autor: Vít Růžička Předmět: Seminář a cvičení z biologie Datum: Praha & EU: Investujeme do vaší budoucnosti Evropský sociální fond