20.3.2014 Metabolizem oz. presnova Metabolne poti · 2019. 9. 24. · 20.3.2014 5 Glavne metabolne...
Transcript of 20.3.2014 Metabolizem oz. presnova Metabolne poti · 2019. 9. 24. · 20.3.2014 5 Glavne metabolne...
-
20.3.2014
1
Metabolizem (presnova)
Metabolizem oz. presnova
� Vsota vseh kemijskih reakcij v organizmu, njihova koordinacija, regulacija in energetske potrebe
� Substrati se pretvarjajo v produkte preko mnogih specifičnih intermediatov
� Za potek metabolnih reakcij je potreben vnos energije (organske snovi)
� Različni procesi potekajo v različnih kompartmentih
Metabolne poti
� Zaporedje reakcij, ki ima specifično vlogo� Katalizirane z encimi� Tipi metabolnih poti:
� KATABOLIZEM� Razgradnja reduciranih, kompleksnih,
energetsko bogatih organskih molekul na bol enostavne
� Prevladuje oksidacija� Sproščanje proste energije (npr. v obliki
ATP)
� ANABOLIZEM� Biosinteza kompleksnih molekul iz
enostavnih, energetsko revnih prekurzorjev
� V glavnem reakcije redukcije� Poraba energije (ATP)
-
20.3.2014
2
Metabolizem in energija Shema metabolnih poti v tipi čni celici
-
20.3.2014
3
Ciklus ATP
� ATP je univerzalni posrednik energije (fotorofi, heterotrofi)
� ATP ciklus je osrednji ciklus metabolizma
FAZA 1:Razgradnja makromolekul na enostavne podenote (hidroliza)
FAZA 2: Razgradnja enostavnih podenot do acetil CoA, ob istočasni produkciji ATP in NADH
FAZA 3:Popolna oksidacija Ac-CoA do H2O in CO2, tvorba NADH in ATP (elektronski transport)
Kat
abol
izem
-fa
ze
Anabolizem - faze
� Tudi 3 faze, vendar potekajo neodvisno; divergentne metabolne poti -sinteza številnih molekul se začne iz majhnega števila prekurzorjev (npr. CO2, oksaloacetat, piruvat, acetil-CoA
� Katabolne in anabolne poti so torej podobne, vendar ne identične (obratne reakcije, vendar vedno nekaj razlik)!
� Regulacija katabolnih in anabolnih poti ponavadi nastopi pri reakcijah, ki so termodinamsko ireverzibilne.
� Anabolne in katabolne poti so prostorsko ločene.
� Poti skupne tako katabolizmu kot anabolizmu – amfibolne poti.
-
20.3.2014
4
Regulacija katabolnih in anabolnih poti
� Metabolna kontrola (hormoni)� Koncentracija encima (transkripcija, razgradnja
encima)� Kinetična kontrola (koncentracija substrata,
inhibitorji, aktivatorji, pH, regulatorni encimi, alosterija)
� Kemijska modifikacija encimov (npr. fosforilacija, omejena proteoliza)
� Energijski naboj celice (npr. količina ATP, ADP, AMP)
METABOLIZEM OGLJIKOVIH HIDRATOV
Glukoza
� stabilna molekula z veliko vsebnostjo energije �osrednji vir energije za celice
� viri glukoze:
� hrana,
� glikogen,
� sinteza (glukoneogeneza )
� razgradnja glukoze:
� Glikoliza � produkt piruvat� Pentozafosfatna (fosfoglukonatna) pot � produkta
NADP (NADPH+H+) in riboza-5-fosfat
-
20.3.2014
5
Glavne metabolne poti ogljikovih hidratov pri rastlinah in živalih Prebava ogljikovih hidratov
amilaza
pankreasna amilaza
maltaza, laktaza, saharaza
pomanjkanje ���� intoleranca
Glikoliza
� Pretvorba glukoze do piruvata� Anaerobna� Poteka v živalih, rastlinah in mikroorganizmih� Poteka v citoplazmi
-
20.3.2014
6
glukoza↓
glukoza-6-fosfat↓
fuktoza-6-fosfat↓
fuktoza-1,6-bifosfat↓↓↓↓↓
2 x gliceraldehid-3-fosfat↓↓↓↓
↓
↓2 x piruvat
dono
sna
faza
prip
ravl
jaln
a fa
za Neto reakcija glikolizeVstop ostalih monosaharidov v glikolizo
� Večinoma potrebni 1-2 dodatni reakciji� Škrob, glikogen iz hrane : encim amilaza v
glukozo� Celični glikogen � glukoza-1-fosfat� Fruktoza: v jetrih v fruktozo-1-fosfat �
gliceraldehid-3-fosfat� Galaktoza: galaktoza-1-fosfat � UDP-glukoza�
glukoza-6-fosfatGALAKTOZEMIJA
-
20.3.2014
7
Metabolizem piruvata
� Razgradnja do piruvata je enaka pri vseh organizmih
� Priuvat: metabolno križišče metabolizma!
� Usoda piruvata odvisna od prisotnosti kisika:� Aerobni pogoji – oksidativna razgradnja v ciklusu
citronske kisline in z oksidativno fosforilacijo, akceptorji elektronov so NAD+ in FAD, končna produkta sta H2O in CO2
� Anaerobni pogoji – fermentacija (vrenje)
Fermentacija
� Pridobivanje energije iz organskih substratov brez kisika kot končnega akceptorja elektronov.
� Mlečna fermentacija – pretvorba glukoze v mlečno kislino (laktat)
� Alkoholna fermentacija – pretvorba glukoze v alkohol.
-
20.3.2014
8
Mlečnokislinskafermentacija
glukoza + 2ADP + 2P i ����2 laktat + 2 ATP + 2 H 2O
Alkoholnafermentacija
glukoza + 2ADP + 2P i ����2 alkohola + 2 ATP + 2 H 2O + 2 CO2
Kisikov dolg Celično dihanje
� Evkarionti (aerobni organizmi)� Razen prve faze (glikolize) poteka v mitohondrijih.� Ob prisotnosti kisika se glukoza popolnoma
oksidira do CO2 in H2O.� 5 faz:1. Glikoliza2. Oksidacija piruvata v acetil-CoA3. Krebsov ciklus (citratni ciklus)4. Prenos elektronov v dihalni verigi5. Kemiosmotska sinteza ATP
-
20.3.2014
9
MitohondrijOksidacija piruvata v acetil-CoA
� Piruvat iz citoplazme v mitohondrij:� Zunanja membrana � difuzija
� Notranja memebrana � piruvat-translokaza
� Matriks � oksidacija piruvata do acetil-CoA
� Multiencimski kompleks piruvat-dehidrogenaza
Krebsov ciklus (citratni ciklus, ciklus trikarbonskih kislin)
� Centralna pot aerobnega metabolizma� Pomen:1. Oksidacija C2-enot acetilCoA do CO2, pri čemer se sproščena energija shranjuje v obliki ATP ali GTP, in reduciranih spojin (NADH in FADH2).
2. Zagotavljanje izhodnih spojin za biosintezo aminokislin in porfirinov, ter purinskih in pirimidinskih baz za nukleotide.
-
20.3.2014
10
Krebsov cikel – neto reakcija Glikoliza + Krebsov cikel ���� energetska bilanca glede na 1 molekulo glukoze
-
20.3.2014
11
Anaboli čna vloga Krebsovega ciklusa Namen katabolnih reakcija Nastanek ATP v celici
-
20.3.2014
12
Recikliranje NADH in FADH2 Verige za prenos elektronov
Na notranji mitohondrijski membrani
Nameščene v obliki respiratornih kompleksov
Respiratorni kompleksi na verigi za prenos elektronov
-
20.3.2014
13
Prenos elektronov v dihalni verigi
Kompleks I (NADH-CoQ reduktaza) – preko 40 podenot
-
20.3.2014
14
Sklopitev transporta elektronov s sintezo ATP Oksidativna fosforilacija
Kemiosmotska sklopitev –nastanek protonskega gradienta
-
20.3.2014
15
ATP sintaza (F 0-F1 ATPaza)Regulacija oksidativne fosforilacije
-
20.3.2014
16
Razklopitev toka elektronov in fosforilacije ADP
Izkoristek energije pri popolni oksidaciji glukoze
Enačba za popolno oksidacijo glukoze
-
20.3.2014
17
Pentoza-fosfatna pot(fosfoglukonatna pot)
Pentoza-fosfatna potPentoza-fosfatna pot – neto reakcija
-
20.3.2014
18
Biosinteza ogljikovih hidratov
� Glukoneogeneza� Glikogenogeneza � Biosinteza disaharidov
Glukoneogeneza
� Nekatera tkiva rabijo stalen dotok glukoze (možgani, eritrociti)
� Ob pomanjkanju sinteza iz spojin, ki niso OH � piruvat, laktat, glicerol, aminokisline, vsi intermediati CCK
� Ljudje ne moremo sintetizirati glukoze iz maš čobnih kislin! (Acetil CoA ni substrat)
� Poteka večinoma v jetrih in ledvi čni skorji ; začne v mitohondrijskem matriksu, nadaljuje se v citosolu
� Zadnja stropnja – pretvorba glukoze-6-fosfata v glukozo le v ER jetrnih celic
� Podobna glikolizi v obratni smeri, vendar 3 reakcije druga čne (“3 obvozi) � omogočena regulacija
-
20.3.2014
19
Aktivacija glukoze in galaktoze za biosintezo
Aktivirana glukoza Sinteza glikogena
-
20.3.2014
20
Sinteza glikogena
� glukoza-6-fosfat + UTP + (glukoza)n + H2O �(glukoza)n+1 + UDP + 2 Pi
� Sinteza: glikogen-sintaza� Razgradnja: glikogen-fosforilaza
� Regulacija: v jetrih inzulin, glukagon; v mišicah adrenalin
Regulacija nivoja glukoze v krvi Biosinteza laktoze
� Disaharid: v mlečni žlezi sesalcev po porodu
� UDP-galaktoza + glukoza ↔ UDP + laktoza
� Encim laktoza sintaza
� Vez: β(1�4) glikozidna
-
20.3.2014
21
METABOLIZEM LIPIDOV
Lipidi Maščobne kisline – zaloga energije
-
20.3.2014
22
-
20.3.2014
23
Aktivacija maš čobnih kislinββββ-OKSIDACIJA MAŠ ČOBNIH KISLIN
� Poteka vmitohondrijih
Odcepljena 2-C enota je Acetil-SCoA
REAKCIJA ββββ-OKSIDACIJE
-
20.3.2014
24
REZULTAT ββββ-OKSIDACIJE
� Palmitinska kislina (C-16) 8 Acetil-SCoA
ENERGIJSKA BILANCA OKSIDACIJE PALMITATA
-
20.3.2014
25
KETONSKA TELESAPOVEZAVA MED METABOLIZMOM OGLJIKOVIH HIDRATOV IN MAŠ ČOBNIH KISLIN
-
20.3.2014
26
Nastanek maš čobne kisline
RAZLIKA MED ββββ-OKSIDACIJO IN BIOSINTEZO MAŠČOBNIH KISLIN
NADALJNJE PRETVORBE MAŠČOBNIH KISLIN (SINTEZE)
-
20.3.2014
27
HOLESTEROL
4 STOPNJE SINTEZE:
Acetil-CoA (C-2)
Mevalonat (C-6)
Aktivirani izopren (C-5)
Skvalen (C-30)
Holesterol (C-27)
Žolčne kisline, vitamin D3, hormoni (progesteron,…)
PRENOS LIPIDOV PO KRVI
•Hilomikroni
•VLDL
•LDL
•HDL
GLAVNI LIPOPROTEINI: FIZIKALNE LASTNOSTI IN SESTAVA
-
20.3.2014
28
LIPOPROTEINI Endocitoza LDL
METABOLIZEM AMINOKISLIN in drugih dušikovih spojin
-
20.3.2014
29
Dušikov ciklus v naraviVstop amonijevega iona v organske spojine
� Karbamoil-fosfat sintetaza I
� Glutamat dehidrogenaza
� Glutamin sintaza (naslednji slide)
-
20.3.2014
30
ANABOLI ČNE POTI AK
NH4+
TRANSAMINACIJA
-
20.3.2014
31
Sinteza atomatskih AK –prekurzor korizmat PREBAVA PROTEINOV KATABOLI ČNE POTI AK
-
20.3.2014
32
RAZGRADNJA OGLJIKOVEGA SKELETA AK Izločanje amonijaka
Problem NH 4+ pri kopenskih živalih
-
20.3.2014
33
Poteka v jetrih!
VLOGA AK V SINTEZI DRUGIH MOLEKUL
Sinteza protoporfirina IX in hema
-
20.3.2014
34
Metabolizem nukleotidov Purini!!!
Te pretvorbepri človeku ni
Razgradnja purinov: nastajanje se čne kisline
� Protin:� Povzroča jo prevelika količina sečne kisline , snovi, ki
normalno nastaja iz odpadnih purinskih produktov v telesu.
� Sečna kislina se normalno raztaplja v krvi in se skozi ledvice izloča v seč. Pri ljudeh s protinom pa se presežek lahko nakopiči, tvori ostre kristale, le-ti pa se odlagajo v nekaterih sklepih in okoliškem tkivu ter povzročijo bolečine, vnetje in otekanje.
-
20.3.2014
35
POVEZOVANJE, USKLAJEVANJE TER POSEBNOSTI METABOLIZMA ORGANOV
Povezovanje, usklajevanje ter posebnosti metabolizma organov
� Boyer, R. 2005. Temelji biokemije. Ljubljana: Študentska založba:
�poglavje 20 v celoti