Dodatkowe, BIOCHEMIA


  1. Lipoliza - przebieg i regulacja. Produkty lipolizy i losy produktów lipolizy:

Lipoliza jest to proces rozkładu hydrolitycznego triacyloglicerolu (trójglicerydu) w tkance tłuszczowej prowadzący do powstania kwasów tłuszczowych i glicerolu, które są uwalniane do krwiobiegu jako wolne kwasy tłuszczowe. Są one wychwytywane przez większość tkanek (ale nie przez mózg i erytrocyty) i estryfikowane do acylogliceroli lub utleniane, jako główne źródło energetyczne do CO2 i H2O. W wątrobie zachodzą 2 szlaki o dodatkowym znaczeniu:

  1. β - oksydacja - przebieg, znaczenie

β - oksydacja jest cyklem metabolicznym składającym się z czterech reakcji. Substratem tej przemiany są cząsteczki acylo - CoA i H2O, produktami - acetylo - CoA i atomy wodoru w postaci zredukowanych nukleotydów FADH2 i NADH. Acetylo - CoA jest wykorzystywany jako substrat przez cykl Krebsa, a FADH2 i NADH są utleniane przez łańcuch oddechowy, co powoduje powstawanie maksymalnie 5, a przeciętnie około 4 cząsteczek ATP na jeden obrót cyklu

Pierwszą reakcja β - oksydacji jest reakcja utlenienia, czyli dehydrogenacji:

  1. acylo - CoA + FAD → anoilo - CoA + FADH2 (ok. 1,5 ATP)

Enzym - dehydrogenaza acylo - CoA

Drugą reakcją jest reakcja uwodnienia:

  1. enoilo - CoA + H2O ↔3 - hydroksyacylo - CoA

Enzym - hydrataza enoilo - CoA

Trzecią reakcją jest reakcja utlenienie, czyli dehydrogenacji:

  1. 3 - hydroksyacylo - CoA + NAD+ → 3 ketoacylo - Coa + NADH (ok. 2,5 ATP)

Enzym - dehydrogenaza 3 - hydroksyacylo - CoA

Czwartą reakcją jest reakcja liolizy, czyli rozkładu 3 - ketoacylo - CoA na dwuwęglowy acetylo - CoA i skrócony o 2 atomy węgla acylo - CoA przy udziale wolnego CoA:

  1. 3 - ketoacylo - ScoA + HSCoA → acylo - CoA + acetylo - CoA

Enzym - 3 - ketoacylotiolaza (β - ketoacylotiolaza, tiolaza)

Acylo - CoA powstały po liolizie ulega ponownie reakcji nr 1 i cykl biegnie od początku, Cykl przebiega dopóty, dopóki cały kwas tłuszczowy nie zostanie podzielony na dwuwęglowy reszty acetylo - CoA.

W przypadku, gdy kwas tłuszczowy ma nieparzystą liczbę atomów węgla, na końcu cyklu pozostaje trójwęglowy propionylo - CoA. Propionylo - CoA może zostać użyty do syntezy glukozy lub zużyty w cyklu Krebsa. Kwasy tłuszczowe o nieparzystej liczbie atomów węgla są jednak rzadkością w diecie człowieka.

  1. Znaczenie cyklu pentozofosforanowego:

Cykl pentozofosforanowy- NADPH jest wykorzystywany jako dawca elektronów i protonów niezbędnych w biosyntezie kwasów tłuszczowych. W organizmie człowieka szlak pentozofosforanowy szczególnie intensywnie zachodzi w tkance tłuszczowej. Substratem w tym cyklu jest glukoza. Glukoza po ufosforylowaniu do glukozo - 6 - fosforanu ulega dehydrogenacji do kwasu 6 - fosfoglukonowego. Enzymem katalizującym jest tu dehydrogenaza glukozo - 6 fosforanu Jednocześnie ma miejsce redukcja NADP do NADPH.

Produkt, czyli kwas glukonowy ulega następnie dekarboksylacji do rybulozo - fosforanu, który jest już pentozą. Enzymem jest tutaj dehydrogenaza kwasu fosfoglukonowego wymagającego obecności NADP. Powstała pentoza jest ketozą, można ją jednak łatwo izomeryzować do rybozo - 5 - fosforanu.

Jak już wspomniano szlak pentozofosforanowy jest szczególnie intensywny w tkance tłuszczowej. Tam więc zużycie NADPH będzie duże. W tych komórkach rybozo - 5 - fosforan przekształcany jest we fruktozo - 6 - fosforan i aldehyd 3 fosfoglicerynowy 3cz. Rybozo - 5 - fosforanu + ATP <--->2cz. Fruktozo - 6 - fosforanu + aldehyd 3 - fosfoglicerynowy

Jeden z enzymów katalizujących te reakcje zawiera pirofosforan tiaminy (witaminę B .. )Z fruktozofosforanu i aldehydu fosfoglicerynowego można łatwo uzyskać glukozo - 6 - fosforan. Ten zaś można ponownie wprowadzić w szlak pentozofosforanowy. W mięśniach szkieletowych tego typu przemiany są mało intensywne, gdyż lepiej szybko utlenić glukozę do CO2 i H2O.

  1. Glukoneogenezy:

Glukoneogeneza to enzymatyczny proces tworzenia przez organizm glukozy z metabolitów niebędących węglowodanami, np. aminokwasów, glicerolu czy mleczanu. Głównym substratem jest pirogronian. Glukoneogeneza ma miejsce głównie w komórkach wątroby, częściowo również w nerkach. Jej przeciętna wydajność to ok. 100 g na dzień. Szybkość zachodzenia procesu jest zwiększana podczas wysiłku fizycznego i głodu. W wyniku glukoneogenezy wydzielają się duże ilości energii.

Glukoneogeneza nie może być traktowana jako proces odwrotny do glikolizy, gdyż trzy występujące w niej reakcje nieodwracalne są zastąpione przez inne. Dzięki temu synteza i rozkład glukozy muszą podlegać oddzielnym systemom regulacji i nie mogą zachodzić jednocześnie w jednej komórce. Szybkość procesu zależy w głównej mierze od 1,6 - bisfosfatazy fruktozy. Większość czynników wpływających na aktywność szlaku glukoneogenezy to substancje powodujące zmniejszenie czynności wykorzystywanych w nim enzymów, jednak zarówno acetylo - CoA jak i cytrynian działają na nie aktywująco (pierwszy na karboksylazę pirogronianu, drugi na bisfosfatazę fruktozy).

Glukoneogeneza rozpoczyna się od wytworzenia α - ketoglutaranu przez karboksylację pirogronianu kosztem jednej cząsteczki ATP. Reakcja ta jest katalizowana przez odpowiednią karboksylazę. α - ketoglutaran jest następnie dekarboksylowany i równocześnie fosforylowany do fosfoenolopirogronianu przez odpowiednią karboksykinazę. W czasie tej reakcji jedna cząsteczka GTP jest hydrolizowana do GDP. Obie reakcje zachodzą w mitochondriach.

Ostatnim krokiem glukoneogenezy jest z reguły wytworzenie 6 - fosforyloglukozy z 6 - fosforylofruktozy przez odpowiednią izomerazę. Wolna glukoza nie jest tworzona od razu, gdyż wydyfundowałaby z komórki. Fosforyloglukoza jest hydrolizowana do glukozy przez enzym znajdujący się w membranie retikulum endoplazmatycznego. Stamtąd glukoza jest wysyłana do cytozolu.

5.Glikoliza jest szlakiem reakcji biochemicznych prowadzących do rozpadu cząsteczki glukozy na dwie cząsteczki kwasu pirogronowego. W wyniku glikolizy komórka uzyskuje dwie cząsteczki ATP i dwie cząsteczki NADH2. Glikoliza przebiega w cytoplazmie komórki i należy do procesów katabolicznych.
Podczas glikolizy komórka zużywa dwie cząsteczki ATP, ale wytwarza cztery nowe cząsteczki ATP w procesie fosforylacji substratowej. W obecności tlenu wodór z dwóch cząsteczek NADH2 jest przenoszony do mitochondrium na enzymy łańcucha oddechowego, a to wiąże się z wytworzeniem sześciu dodatkowych cząsteczek ATP w procesie fosforylacji oksydacyjnej. Obie cząsteczki kwasu pirogronowego są transportowane do mitochondrium i po przekształceniu do acetylo - CoA w procesie oksydacyjnej dekarboksylacji są dalej utleniane w cyklu kwasu cytrynowego.
W warunkach beztlenowych wodór z NADH2 jest przenoszony na kwas pirogronowy. Wtedy z kwasu pirogronowego powstaje kwas mlekowy, natomiast nie są wytwarzane następne wiązania wysokoenergetyczne w ATP. Cząsteczki NAD, które powstają w wyniku odłączenia wodoru od NADH2, są wykorzystywane podczas następnej rundy glikolizy. Zysk energetyczny z glikolizy przeprowadzanej bez dostępu tlenu wynosi tylko 2 cząsteczki ATP.

6.Łańcuch oddechowy - lokalizacja, przebieg, energetyka:

Składniki łańcucha oddechowego są uporządkowane w kolejności wzrastających potencjałów redoks. Wodory lub elektrony przepływają stopniowo przez łańcuch oddechowy, od składników bardziej elektroujemnych do bardziej elektrododatnich tlenu. Różnica potencjałów redoks od NAD+/NADH do O2/2H2O wynosi 1,1 V.
Mitochondrialny łańcuch oddechowy zawiera liczne nośniki redoks, poczynając od dehydrogenaz współdziałających z NAD, przez flawoproteiny o cytochromy, do tlenu cząsteczkowego. Nie wszystkie substraty są związane z łańcuchem oddechowym przez dehydrogenazy współdziałające z NAD; niektóre ze względu na ich bardziej dodatnie potencjały redoks wiążą się bezpośrednio z dehydrogenazami będącymi flawoproteinami, które z kolei są związane z cytochromami łańcucha oddechowego.
Poza wspomnianymi przenośnikami w łańcuchu oddechowym znajduje się dodatkowy przenośnik łączący flawoproteiny z cytochromem b, białkiem o najniższym potencjale oksydoredukcyjnym w łańcuchu cytochromowym. Ten dodatkowy przenośnik, który nazwano ubichinonem lub CoQ (koenzym Q) występuje w mitochondriach w formie chinowej (utlenionej) w warunkach tlenowych, a w formie chinolowej (zredukowanej) w warunkach beztlenowych. Ubichinon jest składnikiem lipidów mitochondrialnych; pozostałe lipidy to przede wszystkim fosfolipidy, tworzące część błony mitochondrialnej. Struktura koenzymu Q jest bardzo podobna do witaminy K i E. Podobna jest również do plastochinonu występującego w chloroplastach. Wszystkie te związki charakteryzują się posiadaniem w swojej cząsteczce polizoprenoidowego łańcucha bocznego. W mitochondriach CoQ występuje w znacznym stechiometrycznym nadmiarze względem pozostałych elementów łańcucha oddechowego. Jest to zgodne z funkcja koenzymu Q, który działa jako ruchomy element łańcucha oddechowego zbierający równoważniki redukujące z bardziej nieruchomych kompleksów flawoproteinowych i przenoszący je na cytochromy.
Innym dodatkowym składnikiem, występującym również w preparatach łańcucha oddechowego, jest białko żelazo-siarkowe. Jest ono połączone z flawoproteinami (metaloflawoproteinami) i z cytochromem b. Siarka i żelazo uczestniczą w jednoelektronowym mechanizmie oksydoredukcyjnym pomiędzy flawiną a CoQ; atom żelaza podlega oksydoredukcji, występując naprzemiennie, jako Fe2+ lub Fe3+. Skład łańcucha oddechowego - na jego elektroujemnym końcu dehydrogenazy katalizują przeniesienie elektronów z substratów na NAD łańcucha. Sposoby tego przenoszenia mogą być dosyć różne. Alfa - ketokwasy - pirogronian i Alfa - ketoglutaran - mają własne kompleksy, dehydrogenaz, które zawierają liponian i FAD pośredniczące w przenoszeniu elektronów na NAD łańcucha oddechowego. Inne dehydrogenazy, np. dehydrogenaza L(+) - 3 - hydroksycylo - CoA, prolinowa, gluminianowa, jabłaczanowa i izocytrynianowa przenoszą elektrony bezpośrednio na NAD łańcucha oddechowego.
Zredukowany NAD (tj. NADH) łańcucha oddechowego jest z kolei utleniany przez dehydrogenazę NADH, która jest metaloflawoproteiną. Enzym ten zawiera Fe:S i FMN i jest ściśle związany z łańcuchem oddechowym. Przenosi on równoważniki redukujące na CoQ. Koenzym Q stanowi w łańcuchu oddechowym również punkt zbiorczy dla równoważników redukujących pochodzących z substratów, które przez flawoproteinowe dehydrogenazy kontaktują się bezpośrednio z łańcuchem oddechowym. Takimi substratami są bursztynian, cholina, sarkozyna. W dehydrogenazach tych substratów część flawinową stanowi FAD.
Elektrony z CoQ przepływają następnie przez łańcuch cytochromowy na tlen cząsteczkowy. Cytochromy są ułożone zgodnie ze wzrastającym potencjałem oksydoredukcyjnym. Znajdujący się na końcu łańcucha cytochrom aa3 (oksydaza cytochromowa) odpowiada za ostateczną reakcję równoważników redukujących z tlenem cząsteczkowym. Oksydaza cytochromowa ma bardzo duże powinowactwo do tlenu, co pozwala na funkcjonowanie łańcucha oddechowego z maksymalną szybkością, aż do momentu całkowitego wyczerpania tlenu w tkance. Ponieważ jest to reakcja nieodwracalna, nadaje ona kierunek dla przemieszczania się równoważników redukujących w łańcuchu oddechowym i do sprzężonego z nim wytwarzania ATP.
Istotnym odkryciem było stwierdzenie niemal stałych stosunków molowych między składnikami łańcucha oddechowego. Składniki łańcucha oddechowego są zgrupowane funkcjonalnie i strukturalnie, w wewnętrznej błonie mitochondrialnej, w cztery lipidowo - białkowe kompleksy łańcucha oddechowego, oddechowego, których każdy zajmuje całą grubość błony. Cytochrom c jest jednym rozpuszczalnym sytochromem i tak jak CoQ wydaje się bardzo ruchomym elementem łańcucha oddechowego, łączącym nieruchome kompleksy.
Uwzględniając reakcje odwodorowania w szlaku katabolicznym glukozy zarówno glikolizie, jak i w cyklu kwasu cytrynowego oraz fosforyzacje substratowi, można obliczyć, że 68% energii swobodnej, pochodzącej ze spalania glukozy, zostaje związane w postaci bogatoenergetycznych wiązań fosforanowych. Jest oczywiste, że to łańcuch oddechowy odpowiada za znaczną część puli tworzonego ATP.
Mitchell w swojej teorii chemiosmotycznej postulował, że energia z procesów utleniania przenośników łańcuchu oddechowym prowadzi do gromadzenia jonów wodorowych, które są wyrzucane na zewnątrz sprzęgającej błony mitochondrialnej, tzn. błony wewnętrznej. Różnica potencjałów elektrochemicznych jest zużywana następnie do napędzania mechanizmu odpowiedzialnego za tworzenie ATP.


STRESZCZENIE

Praktycznie cała energia uwalniana podczas utleniania węglowodanów, tłuszczów białek jest gromadzona w mitochondriach w postaci równoważników redukujących. Są one kierowane do łańcucha oddechowego, którym wędrują zgodnie z malejącym gradientem redoks przenośników do końcowego akceptora, tj. tlenu. W reakcji z tlenem powstaje woda.; Przenośniki redoks są zgrupowane w wewnętrznej błonie mitochondrialnej w kompleksy łańcucha oddechowego. Kompleksy te, zużywając energię uwalnianą podczas transportu elektronów, przepompowują protony na zewnątrz błony. W wyniku działania pomp protonowych powstaje przezbłonowy potencjał elektrochemiczny.; Błonowy kompleks syntezy ATP zużywa energię gradientu protonowego do syntezy ATP z ADP i Pi. w ten sposób utlenianie jest ściśle sprzężone z fosforyzacją, tak aby sprostać potrzebom energetycznym komórki.; Wewnętrzna błona mitochondrialna jest nieprzepuszczalna dla protonów innych jonów. W błonie znajdują się swoiste przenośniki - wymieniacze, które umożliwiają przejście jonom, takim jak OH - , P - i, ATP4- i metabolitom bez rozładowania przezbłonowego gradientu elektrochemicznego.

7.Cykl Krebsa - lokalizacja, przebieg, regulacja, energetyka.

Cykl Krebsa, zwany także cyklem kwasu cytrynowego lub cyklem kwasów trójkarboksylowych, jest jedną z najważniejszych przemian katabolicznych w organizmie. Głównym zadaniem cyklu Krebsa jest przeniesienie atomów wodoru (elektronów) z grup acetylowych (acetylo - CoA) i H2O na koenzymy NAD+ i FAD. Powstałe w ten sposób zredukowane równoważniki - NADH i FADH2 - są substratami dla łańcucha oddechowego. Poszczególne reakcje cyklu Krebsa mogą być ponadto źródłem metabolitów dla innych przemian. Często zdarza się, że inne przemiany, np. reakcje aminokwasów, dostarczają kwasów będących metabolitami cyklu Krebsa.

Możliwości pracy tlenowej poszczególnych mięśni zależą od tego, z jaką maksymalną prędkością może zachodzić cykl Krebsa we włóknach mięśniowych.

Przebieg cyklu Krebsa:

  1. Synteza cytrynianu

  2. Izomeryzacja cytrynian - izocytrynian

  3. Odwodorowanie i dekarboksylacja izocytrynianu

  4. Oksydacyjna dekarboksylacja α - ketoglutaranu

  5. Zamiana bursztynylo - CoA w bursztynian

  6. Utlenianie bursztynianu

  7. Uwodniene fumaranu

  8. Utlenienie jabłczanu, powstawanie szczawiooctanu.

Regulacja cyklu Krebsa

Maksymalna szybkość przemian cyklu Krebsa w tkance zależy od ilości enzymów katalizujących je, a więc od ilości i wielkości mitochondriów w tkance, a co za tym idzie, ilość enzymów cyklu Krebsa jest bardzo duża , to szybkość tych przemian może być regulowana od bardzo małej do bardzo dużej. Tkanka mięśniowa, bo to ona stanowi główny przedmiot naszego zainteresowania, w spoczynku wymaga bardzo niewiele energii (oczywiście w postaci ATP) i to zapotrzebowanie jest pokrywane w ogromnej większości przez przemiany tlenowe. W czasie pracy szybkość przemian tlenowych może, u ludzi odpowiednio zaadoptowanych, czyli wytrenowanych, wielokrotnie wzrosnąć ( u niewytrenowanych szybkość tych przemian może wzrosnąć w znacznie mniejszym zakresie)

Z opisu poszczególnych przemian wynika, że regulacja cyklu Krebsa odbywa się za pomocą dwóch głównych czynników:

Czynnik pierwszy warunkujący tzw. ładunek energetyczny, jest bardzo silnym regulatorem cyklu Krebsa. Gdy stężenie ATP jest wysokie, a ADP niskie, to cykl Krebsa, mimo dostępności substratów, przebiega powoli. Gdy stężenie ATP się obniża, a ADP podwyższa, np. po rozpoczęciu pracy przez mięsień szybkość cyklu Krebsa wzrasta. Wzrost ten jest jednak możliwy, gdy łańcuch oddechowy z dostateczną szybkością utlenia atomy wodoru produkowane przez cykl w postaci NADH i FADH2. W przypadku braku dostatecznej ilości tlenu w mięśniu stężenie NADH jest wysokie, a NAD+ niskie i cykl Krebsa działa powoli pomimo obniżonego stężenia ATP i zwiększonego ADP oraz dobrej dostępności substratów. Z taką sytuacją można się spotkać wyłącznie w czasie wysiłku statycznego.

Bardzo ważnym czynnikiem wpływającym na szybkość cyklu Krebsa jest właściwa dostępność obu głównych substratów, tzn. szczawiooctanu i acetylo - CoA.

Efekt energetyczny cyklu Krebsa

Cykl Krebsa znany jest przede wszystkim jako przemiana kataboliczna dostarczająca energii. Na 8 reakcji cyklu 4 to reakcji katalizowane przez dehydrogenazy, których koenzymami są: NAD+(3) I FAD (1). W wyniku przemian powstają 3 NADH i 1 FADH2, a atomy wodoru przenoszone są na łańcuch oddechowy. W samym przebiegu cyklu dochodzi do tzw. fosforylacji substratowej, w której w wyniku powstaje 1 cząsteczka GTP. Sumaryczną ilość ATP powstającą podczas jednego obrotu cyklu przedstawiono niżej, uwzględniając różną wydajność łańcucha oddechowego:

wydajność maksymalna wydajność średnia

3 NADH → 3 x 3ATP= 9 ATP -2,5 ATP= -7,5 ATP 1 FADH2 → 1 x 2ATP= 2 ATP -1,5 ATP= -1,5 ATP

1 GTP → 1 x 1ATP= 1 ATP 1 ATP= 1 ATP

w sumie na jeden obrót 12 ATP -10 ATP



Wyszukiwarka

Podobne podstrony:
MELATONINA, II rok, II rok CM UMK, Giełdy, od Joe, biochemia, BIOCHEMIA, GIEŁDY - EGZAMIN, Dodatkowe
BIAŁKA, OGRODNICTWO UP LUBLIN, BIOCHEMIA, dodatkowe materiały
homocysteina, II rok, II rok CM UMK, Giełdy, od Joe, biochemia, BIOCHEMIA, GIEŁDY - EGZAMIN, Dodatko
pytania biochemia dodatkowe
MELATONINA, II rok, II rok CM UMK, Giełdy, od Joe, biochemia, BIOCHEMIA, GIEŁDY - EGZAMIN, Dodatkowe
11 BIOCHEMIA horyzontalny transfer genów
T5 UKŁAD HYDRAYLICZNY PODNOSZENIA OSPRZĘT DODATKOWY
Rola badań dodatkowych w diagnostyce chorób wewnętrznych wykład
Biochemia z biofizyką Seminarium 2
Podstawy biochemii
z dodatki
08 BIOCHEMIA mechanizmy adaptac mikroor ANG 2id 7389 ppt
BIOCHEMICZNE EFEKTY STRESU (2B)
Biochemia, ATP
biochemia krwi 45
ENZYMY prezentacja biochemia

więcej podobnych podstron