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