ODDYCHANIE KOMÓRKOWE

ŁAŃCUCH ODDEHOWY - w przenoszeniu elektronów od substratu do tlenu uczestniczą dehydrogenazy, współdziałające z nukleotydami nikotynamidowymi, flawinowymi oraz z liponianem, a poza tym flawoproteiny pośredniczące, ubichinon oraz układ cytochromowy.

DEHYDROGENAZY NIKOTYNAMIDOWE - jest ich około 200, przenoszą odwracalnie 1 atom H i jeden elektron na utlenioną postać NAD⁺ lub NADP⁺ z uwolnieniem protonu

DEHYDROGENAZY WSPÓŁDZIAŁAJĄCE Z FLAWINAMI - niekiedy zawierają niehemowe żelazo. Należą tu: dehydrogenaza NADH, dehydrogenaza bursztynianowa, dehydrogenaza cholinowa, acylo-CoA

DEHYDROGENAZY WSPÓŁDZIAŁAJĄCE Z LIPONIANEM - odpowiadają za oksydacyjną dekarboksylację 2-oksokwasów. Zredukowany liponian jest następnie utleniany przez dehydrogenazę liponianową, która współdziała z FAD.

FLAWOPROTEINY POŚREDNICZĄCE (METALOFLAWOPROTEINY) - zawierają barwniki flawinowe, często żelazo niehemowe, siarkę a niekiedy cynk. Uczestniczą w działaniu dehydrogenaz NADH powodując ich utlenianie, współdziałają także z flawoproteinami przenoszącymi elekrtony. Uczestniczą w przejściu dwuelektronowych reakcji utleniania w reakcje jednoelektronowe.

UBICHINON (KOENZYM Q) - jest syntetyzowany z tyrozyny, stanowi ostatnie ogniwo łańcucha oddechowego, do którego dochodzą atomy wodoru. Zbliżony budową do wit E i K. Jest ruchomym elementem łańcucha oddechowego, zbierającym równoważniki redukujące z flawoprotein i przekazującym je cytochromom

BIAŁKA ŻELAZOWO - SIARKOWE - stanowią jednoelektronowy układ oksydoredukcyjny. Współpracują zarówno z flawoproteinami jak i cytochromem b.

UKŁAD CYTOCHROMOWY - cytochromy stanowią układ w którym każda cząsteczka cytochromu przenosi jeden elektron na zasadzie zmiany wartościowości żelaza. Pierwszym biorcom elektronów od ubichinonu jest cytochrom b o masie cząsteczkowej 28kDa. Dalszym przenośnikiem jest cytochrom c1 a następnie cytochrom c. C1 jest lipoproteiną o masie 360kDa. Jest to polimer zbudowany z podjednostek o masie 51kDa, zawierających po jednym atomie żelaza. C ma masę 13kDa, zawiera 104 reszty aminokwasowe, jest jedynym cytochromem rozpuszczalnym i ruchomym składnikiem łańcucha oddechowego. Cytochromy aa3 są nazywane oksydazą cytochromową. Jest to kompleks 13 podjednostek polipeptydowych. Właściwości katalityczne są przypisywane trzem najcięższym podjednostkom kodowanym przez mitochondrialny DNA. W jego skład wchodzą 2 układy żelazoporfirynowe, zaiwrające oprócz żelaza atom miedzi. Enzym ten ma duże powinowactwo do tleny, reakcja którą katalizuje jest nieodwracalna.

FOSFORLACJA OKSYDACYJNA - wykorzystywanie do syntezy ATP energii uwolnionej w czasie tlenowego oddychania i wychwytywanej podczas transportu H⁺ ē na tlen. Zachodzi tylko w mitochondriach. Gdy łańcuch rozpoczyna się od NAD to na ½ O₂ są syntetyzowane 3 ATP. Gdy od FAD to 2 ATP. Jest kilka teorii wyjaśniających produkcję ATP w fosforylacji oksydacyjnej:

- hipoteza chemiczna - w procesie tworzenia ATP bierze udział przenośnik X o nieznanej budowie

- hipoteza chemiosmotyczna Mitchella - istotną rolę ma tu rozdział ładunków elektronowych po obydwu stronach błony mitochondrium, różnica stężeń protonów, wymiana H⁺ odbywa się za pośrednictwem mechanizmu określonego jako pompa protonowa. Wszystkie składniki łańcucha są zgrupowane w pięciu kompleksach lipidowo-białkowych:

• kompleks I : oksydoreduktaza NADH: CoQ

• kompleks II: oksydoreduktaza bursztynian: CoQ

• kompleks III: oksydoreduktaza CoQ: utleniony cytochrom c

• kompleks IV: oksydoreduktaza zredukowany cytochrom c: tlen

• kompleks V: syntaza ATP transportująca H⁺

- hipoteza konformacyjna - według niej energia pochodząca z utleniania zostaje przekształcona w energię przechowywaną w stanach konformacyjnych białek mitochondrialnych. Bogaty w energię stan konformacji może ulegać zmianom, które wyzwalają energię na potrzeby syntezy ATP.

WIĄZANIE MAKROERGICZNE ATP - są to połączenia typu bezwodnikowego bogate w energię, które przy hydrolizie wyzwalają więcej niż 25 kJ/mol, decydują o dużej aktywności związku. Związki tego rodzaju uczestniczą często jako pośredniki w reakcjach endoergicznych. Hydroliza wiązania fosforanowego ATP w wyniku której powstaje ADP i P wyzwala około 29 kJ/mol natomiast następnego wiązania - rozpad ATP do AMP i PP uwalnia około 36 kJ/mol. Rozpad AMP z uwolnieniem adenozyny i fosforanu dostarcza 12 kJ/mol energii.

REGULACJA ŁAŃCUCHA ODDECHOWEGO

Najważniejszym czynnikiem regulacji jest stosunek stężeń ATP do ADP+P wewnątrz mitochondriów. Ze wzrostem stężenia ATP proces fosforylacji zwalnia.

KONTORLA ODDECHOWA - zależność między stężeniem ADP a szybkością oddychania.

INHIBITORY - wiele substancji z grupy barbituranów, jad rybi - rotenon, niektóre steroidy oraz związki rtęci hamują utlenianie substratów. Łańcuch oddechowy może być zablokowany w miejscu transportu elektronów między cytochromem b a cytochromem c przez antymycynę A, dimerkaptopropanol oraz naftochinony. Ostatni etap transportu elektornów przez oksydazę cytochromową skutecznie blokuje KCN oraz CO, antybiotyk, oligomycyna

ROZPRZĘGNIĘCIE FOSFORYLACJI OKSYDACYJNEJ - ma miejsce gdy a łańcuchu oddechowym zachodzi przenoszenie elektronów bez fosforylacji oksydacyjnej. Mogą je wywołać czynniki

- fizyczne np. ultradźwięki, promienie UV, promienie Roentgena oraz uszkodzenie błon mitochondrialnych przez np. rozpuszczalnika.

- chemiczne - dinitrofenol, dikumarol, arseniany, jodooctan ...

KATALIZATORY - utlenianie substratów katalizowane jest przez dehydrogenazy współdziałające z NAD. Niektóre czynniki np. wit K i E wpływają kożystnie na proces fosforylacji oksydacyjnej

TRANSPORT RÓWNOWAŻNIKÓW REDUKCYJNYCH PRZEZ BŁONĘ MITOCHONDRIALNĄ - błona mitochondrialna jest nieprzepuszczalna dla zredukowanego NAD. Może on być wytworzony podczas glikolizy cytozolu za pomocą tzw mostków substratowych. Po obydwu stronach błony są takie same pary substratów mogących przyjąć lub oddać atomy wodoru: enzym dehydrogenaza. Przez błonę mitochondrium mogą przenikać cząsteczki zredukowanego przez NADH substratu i wewnątrz mitochondrium przekazać wodór na FAD. Powoduje to stratę 1 ATP. Para substratów i enzym to np.; glicerolo-3-fosforan, dihydroksyacetonofosforan, enzym dehydrogenaza glicerolo-3-fosforan.

Donory ē fosforylacji oksydacyjnej - metabolity cyklu Krebsa, pirogronian, kw tłuszczowe, hydroksykwasy, kw glutaminowy

CYKL KREBSA - drugi etap oddychanie komórkowego zachodzący w mitochondriach, końcowa droga spalania metabolitów powstałych z rozkładu cukrów, tłuszczów i białek. Cykl ten polega na całkowitym utlenianiu czynnego octanu powstałego w procesie glikolizy w szeregu przemian od kwasu octowego do kwasu szczawiooctowego. W przebiegu tych reakcji odłączane są cząsteczki dwutlenku węgla (CO₂) oraz atomy wodoru, które łączą się z NAD. W jednym przebiegu cyklu następuje spalanie dwóch atomów węgla, w wyniku czego powstają dwie cząsteczki CO₂, odłącza się 8 protonów i 8 elektronów, które biorąc udział w fosforylacji oksydacyjnej dają 11 cząsteczek ATP, dwunasta cząsteczka ATP (lub GTP) powstaje w wyniku fosforylacji substratowej. Sumarycznie równanie cyklu Krebsa przedstawia się następująco:

acetylo-CoA + 3NAD + FAD + ADP + Pi + 2H₂O = 2CO₂ + 3NADH⁺ + FADH₂ + ATP + 2H⁺ + CoA

1. syntaza cytrynianowa

2. akonitaza

3. dehydrogenaza izocytrynianowa

4. dehydrogenaza α-ketoglutaranianowa

5. triokinaza bursztynianowa

6. dehydrogenaza bursztynianowa

7. fumaraza

8. dehydrogenaza jabłczanowa

9. dehydrogenaza pirogronowa

OKSYDACYJNA DEKARBOKSYLACJA α-KETOKWASÓW (ZAPOCZĄTKOWANIE CYKLU KREBSA)-

Acetylo CoA - zapoczątkowuje cykl Krebsa, może pochodzić z: -kwasu pirogronowego; -β-oksydacji kwasów tłuszczowych; -aminokwasów ketotwórczych; -ciał ketotwórczych; -wolnego octanu;

Kwas pirogronowy - pochodzi przede wszystkim z procesu glikolizy. Zanim zostaje włączony w cykl Krebsa zostaje przekształcony w acetylo CoA

Kwas szczawiooctowy - oprócz acetyloCoA zapoczątkowuje cykl Krebsa. Może być wytworzony z: -kwas pirogronowy asymilacji CO₂ w tkankach zwierzęcych

-kwas fosfoenolopirogronowy + CO₂ + ADP kwas szczawiooctowy + ATP

-deaminacja oksydacyjna kwasu asparaginowego

-transaminacja kw asparaginowego

-kwas pirogronowy + CO₂ kwas jabłkowy => kwas szczawiooctowy

-kwas propionowy +CO₂ kwas bursztynowy => kwas szczawiooctowy

FOSFORYLACJA SUBSTRATOWA - wykorzystanie dla syntezy ATP energii powstałej na skutek wewnętrznej reorganizacji związku organicznego, którego poziom energetyczny obniża się:

- fosforylacja I - 1,3-bisfosfoglicerynian => 3-fosfoglicerynian

- fosforylacja II - fosfoenolopirogronian => pirogronian

- fosforylacja III - bursztynylo CoA => bursztynian

BILANS ENERGETYCZNY

NADH + H⁺ 3x3 ATP

FADH₂ 2ATP

Fosforylacja substratowa 1ATP

REGULACJA DZIAŁANIA CYKLU KREBSA

1. syntaza cytrynianowa - stymuluje ADP, NAD⁺, hamuje ATP, NADH

2. dehydrogeneza izocytrynianowa - stymuluje ADP, Mn²⁺, Mg²⁺; hamuje ATP, NADH

3. dehydrogenaza 2-oksoglutaranu - hamuje bursztynylo CoA, ATP, NADH

4. dehydrogenaza bursztynianowa - stymuluje fosforan, bursztynian, fumaran; hamuje szczawiooctan, kwas malonowy

ATP - hamuje; ADP - stymuluje

TRAWIENIE I WCHŁANIANIE WĘGLOWODANÓW W PRZEW POKARMOWYM

- amylaza działa najlepiej przy pH = 6-7

- w ślinie występuje głównie α-amylaza, jej działanie jest zablokowane w żołądku przez HCl

- w dwunastnicy wydzielana jest amylaza trzustkowa, która działa w większym pH.

- cukry proste są wchłaniane w początkowym odcinku jelita cienkiego

- szybkość wchłaniania: glukoza i galaktoza fruktoza pentozy

- dwucukry są wchłaniane tylko przy ich dużym stężeniu w jelicie (maltoza, sacharoza, laktoza). Organizm wykorzystuje maltozę rozkładając ja do glukozy. Pozostałe są eliminowane przez nerki

- wchłanianie glukozy i galaktozy odbywa się w symporcie z Na⁺ w transporcie aktywnym

- fruktoza i pentozy są wchłaniane drogą dyfuzji

- zwierzęta roślinożerne trawią zawarte w paszy wielocukry za pomocą enzymów, bakterii i wymoczków żwacza jelita ślepego

- otrzymane heksozy są przekształcane w UCT (lotne kwasy tłuszczowe) w procesach fermentacji

- w przedżołądkach zachodzą głównie fermentacje: octowa, propionowa, masłowa, mlekowa

AMYLAZA

- α-amylaza: -endoamylaza - rozszczepa wiązania αc1, c4; powstaje maltoza oraz achrodekstryny

- β-amylaza: - odszczepia glukozę od końca nieredukującego: produkty - maltoza i dekstryny graniczne

- γ-amylaza: odszczepia glukozę od końca nieredukującego, rozszczepia wiązania C1-C6

Amylaza nie rozczepia wiązań C1-C2, C1-C7. te wiązania cięte są przez enzym indukowany, który pojawia się w razie potrzeby - DEBRANCHER

Inny enzym BRANCHER również indukowany bierze udział w tworzeniu glikogenu (wiązań C1-C2, C1- C3)

Laktoza (inny enzym indukowany) - pojawia się dopiero po pierwszym kontakcie noworodka z laktozą

GLIKOLIZA - proces glikolizy i fermentacji przebiega jednakowo do momentu wytworzenia pirogronianu.

1. fosforylaza glikogenowa

2. heksokinaza

3. fosfoglikomutaza

4. izomeraza glukozofosforanowa

5. fosfofruktokinaza

6. aldolaza fruktozobisfosforanowa

7. izomeraza triozofosforanowa

8. dehydrogenaza gliceraldehydo-3-fosforanowa

9. kinaza fosfoglicerynowa

10. mutaza bifosfoglicerynianowa

11. hydrataza fosfopirogronianowa

12. kinaza pirogronianowa

13. dehydrogenaza mleczanowa

14. karboksylaza pirogronianowa

15. dehydrogenaza pirogronianowa

kwas pirogronowy może: przekształcać się w acetylo CoA; przekształcać się w mleczan; przekształcać w szczawiooctan; być wykorzystywany w procesie glukoneogenezy; być wykorzystany do syntezy alaniny;

BILANS ENERGETYCZNY GLIKOLIZY: ufosforowanie glukozy - 1 ATP; ufosforowanie fruktozo-6-fosforanu -1 ATP; powstanie 1,3-bisfosfoglicerynianu 6 ATP; fosforylacja substratowa 4 ATP

W sumie wychodzi 8 ATP, gdy glikoliza rozpoczyna się od glikogeny - 9 ATP

REGULACJA GLIKOLIZY - efekt Pasteura - hamowanie glikolizy przez oddychanie tlenowe (konsekwencja ADP i fosforan)

- efekt CRAB TREE - hamowanie oddychania przez glukozę (obniżenie zużycia tlenu)

GLUKONEOGENEZA - z metabolitów cyklu Krebsa możliwa jest za pośrednictwem jabłczanu. Przenika on z mitochondriów do cytoplazmy, utlenia się do szczawiooctanu i dalej zostaje przekształcony do fosfoenolopirogronianu. Pośrednimi ogniwami glukoneogenezy z aminokwasów glukogennych mogą być: -kwas pirogronowy; -kwas 2-oksoglutorowy; -szczawiooctowy; -acetyloCoA lub inne metabolity cyklu Krebsa. Większość reakcji jest katalizowana przez enzymy glikolizy jednak niektóre reakcje nie mogą zachodzić w odwrotnym kierunku np. kwas pirogronowy ≠> fosfoenolopirogronian, zamiast tego kwas pirogronowy przechodzi w kwas szczawiooctowy. Błona mitochondrium nie przepuszcza kwasu szczawiooctowego, jest on redukowany do jabłczanu. Przechodzi on do cytoplazmy, zostaje tam po prostu przekształcony w szczawiooctan a ten w fosfoenolopirogronian.

REGULACJA GLUKONEOGENEZY - stymulacja - zmniejszenie stężenia fruktozo-1,6-bisfosforanu

BILANS GLUKONEOGENEZY - do wytworzenia 1glukozy zużywa się 4 ATP, 2 GTP oraz 2NADH + H⁺

BILANS ODDYCHANIA KOMÓRKOWEGO

- glikoliza - 2x1ATP (fosforylacja substratowa)

- 2x3ATP (fosforylacja oksydacyjna)

- -2ATP (na transport NADH + H⁺ do mitochondrium)

- oksydacyjna dekarboksylacja - 2x3ATP (fosforylacja oksydacyjna)

- cykl Krebsa - 2x11ATP (fosforylacja oksydacyjna)

- 2x1ATP (fosforylacja substratowa)

razem: 36 ATP

OZNACZANIE PEROKSYDAZY W SOKU ZIEMNIACZANYM - benzydyna + H₂O₂ + sok ziemniaczany dwufenohinonodwuimil; kondensuje on z cząsteczką benzydyny tworząc zielono-niebieskie zabarwienie, zwane błękitem benzydynowym

OZNACZANIE AKTYWNOŚCI KATALAZY KRWI - woda destylowana + krew + H₂O₂ O₂ i tworzy się obfita piana.

2H₂O₂ +enzym (katalaza) 2 H₂O + O₂

OZNACZANIE AKTYWNOŚCI OKSYDAZY ALDEHYDOWEJ W MLEKU - oksydaza aldehydowa utlenia aldehydy przenosząc wodory na tlen atmosferyczny. Powstaje wówczas woda utleniona.

mleko świeże + woda destylowana + aldehyd mrówkowy + błękit metylenowy (pokrywamy płynną parafiną). Łącząc się z wodorem błękit metylenowy odbarwia się, barwa niebieska osłabia się lub całkowicie zanika.

OZNACZANIE POZIOMU GLUKOZY WE KRWI METODĄ KOLORYMETRYCZNĄ HULTMANA - w środowisku kwasu octowego lodowatego aldozy tworzą połączenia barwne z aminami aromatycznymi, np. z o-toluidyną.

Glukoza + TCA + o-toluidyna barwa zielona

OZNACZANIE AKTYWNOŚCI AMLOLITYCZNEJ AMYLAZY (lub WYKRYWANIE AMYLAZY W ŚLINIE) - oparte jest na istnieniu zależności między ilością skrobi a natężeniem barwy niebieskiej jaką daje ona z jodem. Na skutek działania amylazy zmniejsza się zawartość cząsteczek skrobi w roztworze, a tym samym natężenia zabarwienia, co mierzymy za pomocą fotokolorymetru.

BADANIE WŁAŚCIWOŚCI GLIKOGENU

- PRÓBA JODOWA - do glikogenu dodajemy kroplę roztworu J w KJ. Pojawia się zabarwienie czerwono-brunatne.

- STOPNIOWA KWAŚNA HYDROLIZA GLIKOGENU - podczas kwaśnej hydrolizy glikogenu obserwujemy:

- barwliwość z jodem

- właściwości redukcyjne pośrednich produktów hydrolizy

HYDROLIZA ENZYMATYCZNA SKROBI - cząsteczki skrobi ulegają hydrolizie enzymatycznej pod wpływem amylazy. Amylaza ślinowa jest enzymem należącym do klasy hydrolaz, występującym obficie w ślinie, powoduje hydrolityczny rozkład wiązań C1-C4

- kleik skrobiowy + ślina + 10minut łaźnia wodna (38°c) + J w KJ - obserwujemy zabarwienie

- kleik skrobiowy + ślina + 10minut łaźnia wodna (38°c) + J w KJ + odczynnik Benedicta - zależnie od zawartości cukru w roztworze powstaje zielone zabarwienie lub wytrąca się osad barwy żółtej, pomarańczowej lub czerwonej.

---