Biochemia
Oddychanie komórkowe
Biochemia
Oddychanie komórkowe
Czego nam potrzeba do życia?
Pożywienie
Powietrze (O
2
)
Czego nam potrzeba do życia?
Dlaczego musimy
oddychać i przyjmować pokarm?
CO
2
+ H
2
O
O
2
Energia!!!
Co to jest oddychanie?
Oddychanie -
zewnątrzkomórkowy proces
wymiany gazowej
O
2
CO
2
Oddychanie komórkowe -
wewnątrzkomórkowe procesy
utleniania związków
organicznych
Co to jest oddychanie?
Oddychanie komórkowe:
wewnątrzkomórkowe procesy utleniania związków
organicznych dostarczające komórce energii,
która jest gromadzona w postaci
wysokoenergetycznych wiązań w cząsteczce
ATP
ATP
Adenozynotrifosforan
(ATP)
– uniwersalny nośnik energii
biochemicznej
N
O
O
OH
O
O
-
O
P
N
N
N
NH
2
OH
O
O
-
O
P
O
-
O
-
O
P
ATP + H
2
O ↔ ADP + Pi + H
+
- 30,5 kJ · mol
-1
ATP + H
2
O ↔ AMP + PPi + H
+
- 45,6 kJ · mol
-1
ATP
Adenozynotrifosforan
(ATP)
– bezpośredni donor energii w
układach biologicznych, a nie forma jej długotrwałego
magazynowania
ADP
ATP
Ruch, transport aktywny, biosyntezy
Utlenianie komórkowe
W typowej komórce
ATP
jest zużywane w ciągu minuty od
powstania. W czasie wytężonego wysiłku człowiek zużywa
około
0,5 kg ATP na minutę
!
Utlenianie
Energia!!!
1) AH
2
A +
2e
-
+ 2H
+
2)
2e
-
+ 2H
+
+ O
2
H
2
O + AO
Utlenianie jest procesem oddawania
elektronów,
natomiast redukcja jest procesem ich
przyjmowania.
W jaki sposób przekształcamy
pokarm w energię?
Etapy pobierania energii z pożywienia
Etapy pobierania energii z pożywienia - lokalizacja
POZAKOMÓRKOWO
CYTOSOL
MITOCHONDRIA
NADH
O
O
OH OH
N
+
O
N
H
2
N
O
O
OH
O
O
-
O
P
N
N
N
NH
2
OH
O
-
O
P
H
H
H
H
Dinukleotyd
nikotynamidoadeninowy (NAD
+
)
Nikotynamid
(niacyna, witamina B
3
)
ADP
O
O
OH OH
N
O
N
H
2
N
O
O
OH
O
O
-
O
P
N
N
N
NH
2
OH
O
-
O
P
H
H
H
H
H
Zredukowany dinukleotyd
nikotynamidoadeninowy (NADH)
2e
-
+ H
+
NADH
– główny przenośnik elektronów w procesach
utleniania komórkowego
Glikoliza
Etap II pobierania energii z pożywienia
II ETAP
Glikoliza
jest łańcuchem reakcji
przekształcających 1 cz.
glukozy w 2 cz. pirogronianu z
jednoczesnym wytworzeniem 2
cz. ATP oraz 2 cz. NADH.
II ETAP
W warunkach beztlenowych
regenerację NAD
+
zapewnia
proces fermentacji
(w
komórkach ssaków fermentacji
mlekowej), w którym związki
organiczne są zarówno
donorami jak i akceptorami
elektronów.
Fermentacja
Całkowite utlenienie
Cykl kwasu cytrynowego
Fosforylacja oksydacyjna
Etap III pobierania energii z pożywienia
Hans Krebs (Nobel 1953)
Peter Mitchell (Nobel 1978)
III ETAP - lokalizacja
Mitochondria
Mitochondria
to „siłownie
komórki”, które zużywają
w procesie produkcji
energii (ATP) cały
dostarczany tlen.
III ETAP – cykl Krebsa
III ETAP – fosforylacja oksydacyjna
H
+
H
+
H
+
H
+
H
+
H
+
H
+
H
+
H
+
H
+
H
+
H
+
H
+
H
+
H
+
H
+
H
+
Zysk energetyczny
Glukoza 2 Pirogronian +
2 ATP
+ 2 NADH + 2 H
2
O
W ATP magazynowane jest
4%
energii „zawartej” w glukozie
2 Pirogronian + O
2
6 CO
2
+
25 ATP
+ 3 H
2
O
W ATP magazynowane jest
50%
energii „zawartej” w glukozie
Sprawność najlepszych elektrowni spalających paliwa kopalne
wynosi około
40%!
Szlak glikolizy oraz cykl kwasu
cytrynowego stanowią szkielet
metabolizmu.
Szlak glikolizy oraz cykl kwasu cytrynowego stanowią szkielet
metabolizmu.
Triacyloglicerole (tłuszcze)
Glicerol „włączany” jest do utleniania komórkowego w szlaku
glikolizy.
Kwasy tłuszczowe utleniane są do acetyloCoA w procesie beta-
oksydacji zachodzącym w mitochondriach.
Całkowite utlenienie kwasu palmitynowego (C-16) prowadzi do
wytworzenia 106 cząsteczek ATP (glukoza – 27 cząsteczek ATP).
Aminokwasy
Szkielety węglowe aminokwasów są „włączane” do utleniania
komórkowego głównie w cyklu Krebsa.
Profil metaboliczny
Każdy organ ma własny profil metaboliczny.
Pomiędzy organami (tkankami) istnieją różnice w
zapotrzebowaniu na tlen oraz w sposobie
wykorzystania paliwa komórkowego, w celu
zaspokojenia swoich potrzeb energetycznych.
Profil metaboliczny
Narząd
Typ metabolizmu
/
substrat energetyczny
Zużycie O
2
ml/(min x g)
%
całkowitego
zużycia O
2
Mózg
Wyłącznie tlenowy /
glukoza (ciała ketonowe)
3
17
Nerki
Głównie tlenowy /
glukoza (kwasy tłuszczowe,
mleczan)
7
10
Mięsnie
- białe („szybkie”)
- czerwone („powolne”)
Kwasy tłuszczowe
(spoczynek),
glukoza
(praca)
Głównie beztlenowy /
glukoza
Głównie tlenowy /
glukoza, kwasy tłuszczowe
1 - 50
Serce
Wyłącznie tlenowy /
glukoza, kwasy
tłuszczowe, mleczan
8 - 70
Traczyk i Trzebski, Fizjologia człowieka
Trucizny
Wiele znanych trucizn to inhibitory
oddychania komórkowego
Trucizny
CN
-
, CO
Trucizny
Rotenon – insektycyd
Trucizny
H
+
H
+
H
+
H
+
H
+
H
+
H
+
H
+
H
+
H
+
H
+
H
+
H
+
H
+
H
+
H
+
H
+
OH
NO
2
-
NO
2
-
2,4-Dinitrofenol –
DNP, herbicyd
„Przeciążenie” łańcucha oddechowego
może skutkować wzmożoną produkcją
reaktywnych form tlenu
(wolnych rodników)
czyli
STRESEM OKSYDACYJNYM
Rozprzężenie łańcucha oddechowego -
wytwarzanie ciepła
kanał UCP
aktywowany
przez kwasy
tłuszczowe
Termogeneza bezdrżeniowa – tkanka
tłuszczowa brunatna
zwierzęta hibernujące
noworodki
ssaki żyjące w niskich temperaturach
Podsumowanie
1)
Oddychanie komórkowe to procesy utleniania
związków organicznych dostarczające komórce
energii w postaci
ATP
2)
W zależności od potrzeb energetycznych
(pełnionych funkcji) narządy/tkanki różnią się
zapotrzebowaniem na tlen (tolerancją
warunków beztlenowych)
3)
Wiele trucizn to inhibitory procesu oddychania
komórkowego
4 )
„Przeciążenie” łańcucha oddechowego
może prowadzić do stresu oksydacyjnego
Uwaga!
Następny wykład odbędzie się
wyjątkowo we wtorek, 27 listopada
o godz. 15.0 0 w Auli A
Temat wykładu: LIPIDY