Základní buněčné funkce
- organismy se odlišují od neživých přírodnin nejen svým složením a strukturou, ale i ději, které v nich probíhají, tj. rozmanitými projevy života
- k základním fcím kteréhokoliv živého organismu patří výměna látek a energií s okolím, látkový a energetický metabolismus, růst, pohyb, dráždivost, řídící a obranné procesy, rozmnožování a vývoj
- METABOLISMUS
- soubor rozmanitých chemických reakcí, probíhajících v každém živém organismu po celou dobu jeho existence
- Látkový = v buňce dochází k přeměnám sacharidů a lipidů, syntetizují se informační molekuly a stavební látky
- Energetický = soubor všech reakcí, v buňce spojených se získáváním zdrojů energie nebo s uvolňováním energie
- Anabolismus (asimilace)
- skladné procesy
- slouží k syntézám složitějších organických sloučenin z látek jednodušších
- děje endergonické = energie se při nich spotřebovává
- např. fotosyntéza, vznik škrobu z glukózy aj.
- Katabolismus (disimilace)
- rozkladné procesy
- ze složitějších organických sloučenin vznikají látky jednodušší
- děje exergonické = energie se při nich uvolňuje
- např. dýchání
- Enzymy
- bílkovinné povahy, mají úlohu biokatalyzátorů
- bez nich by chemické reakce nemohly probíhat nebo by probíhaly příliš pomalu
- molekuly mohou být tvořeny pouze bílkovinnou nebo mohou kromě ní obsahovat nebílkovinnou účinnou složku – tzv. koenzym, odpovídající v tom případě za katalytickou fci enzymu
- Přenos energie v buňce
- buňka může přímo využít jen energii chemických vazeb, ta je rozváděna po buňce a podle potřeb využívána
- nejdůležitější z nich je sloučenina ATP, která slouží jako univerzální přenašeč energie v buňkách všech organismů včetně člověka
- buňka může využít také energii protonového gradientu (vytvořeného na membránách)
- v buňce je udržováno stálé množství molekul ATP bez ohledu na jejich spotřebovávání a uvolňování při reakcích. Dlouhodobě je energie uchovávána ve formě zásobních organických látek (sacharidy, lipidy, bílkoviny)
II. ANAEROBNÍ A AEROBNÍ METABOLICKÉ DĚJE
- štěpení energeticky bohatých sloučenin probíhá buď za přístupu kyslíku, nebo bez přístupu kyslíku:
- Anaerobní metabolické děje
- probíhají bez přístupu kyslíku
- dokáží všechny buňky
- není vázáno na membránové struktury, probíhá v cytoplazmě
- jsou málo výkonné – zisk ATP je malý (využije méně než 5% energie ze substrátu)
- Anaerobní glykolýza
- štěpení uhlíkatého řetězce glukosy bez využití kyslíku
- vývojově původní způsob získávání energie, který dokáží všechny buňky
- * fruktosa 1,6 difosfát
- poté se štěpí na dvě tříuhlíkaté molekuly = glyceraldehyd 3 fosfát a dihydroxiacetonfosfát
- z glyceraldehydu postupně * pyruvát (=konečný produkt)
- energetický zisk: 2 molekuly ATP na jednu molekulu glukosy
- pyruvát dále může být převeden podle toho, jestli má kyslík na kyselinu mléčnou (*laktát) nebo na ethanol = pokud nemá kyslík, nebo má kyslík a * acetyl koenzym A
- Aerobní metabolické děje
- navazují na procesy anaerobní
- probíhají v mitochondriích
- nejrozšířenější typ látkové přeměny v živých soustavách
- umožňuje využít až 50% obsahu volné energie substrátu
- nejdůležitější aerobní reakce jsou Krebsův cyklus a β-oxidace a na ně navazující dýchací řetězec
- β-oxidace mastných kyselin
- probíhá v matrix
- mastná kyselina se aktivuje a * acetylkoenzym A
- acetylkoenzym A vstupuje do řetězce a dochází ke změnám na β uhlíku (=3.uhlík) → * o dva uhlíky kratší řetězec
- * také redukované koenzymy
- produkty β-oxidace vstupují do Krebsova cyklu a do dýchacího řetězce
- Krebsův cyklus (cyklus kyseliny citronové)
- probíhá v matrix
- vstupuje do něj acetyl koenzym A a * kyselina citronová (acetylkoenzym A * z pyruvátu při štěpení glukosy, nebo při štěpení mastných kyselin procesem β-oxidace, nebo štěpením některých aminokyselin)
- dochází 2x k oštěpení oxidu uhličitého (dekarboxylace) a uvolňuje se GTP
- vstupují tam molekuly vody, z nich se dehydrogenacemi získá vodík
- vodíky se vážou na 3 molekuly NAD+ a na 1molekulu FAD → * FADH2, NADH+H+, ty dále přenášejí vodík do dýchacího řetězce
- celkový zisk z Krebsova cyklu = FADH2 (1x), NADH+H+ (3x), GTP (1x)
- * zde naprostá většina oxidu uhličitého, který vydechujeme
- Dýchací řetězec
- probíhá v matrix
- řetěz oxidačně – redukčních reakcí
- elektrony (z NADH+H+ a FADH2) jsou přenášeny na kyslík za vzniku vody a uhlík je uvolňován v podobě oxidu uhličitého
- přenos elektronů je spojen se * ATP
- ATP * oxidativní fosforelací – energie redoxních dějů je využívána k pumpování H+ z matrix do mezimembránového prostoru, kde se tak jejich koncentrace oproti matrix zvyšuje. V důsledku rozdílných koncentrací H+ * na membráně protonový gradient. H+ se mohou samovolně vracet jen na některých místech za vzniku ATP
- při přenosu elektronů zFAD * 2ATP
- při přenosu elektronů z NADH+H+ * 3ATP
- při aerobním odbourávání glukosy * 36 ATP
III. PROTEOLÝZA – rozklad bílkovin, hydrolýza bílkovin působením proteolytických enzymů, konečným produktem jsou AK
- Katabolismus lipidů
- enzym – lipáza
- štěpení na glycerol a VMK
- VMK – reesterifikace ve střevech
- β-oxidace
- lineova spirála – při každé otočce se odbourají 2 uhlíky →přírodní VMK sudý počet uhlíků
- na jednu otočku 5 molekul ATP
- konečný produkt je acetyl koenzym A, ten vstupuje do krebsova cyklu
- Katabolismus sacharidů
- monosacharidy a oligosacharidy jsme schopni štěpit, některé polysacharidy (celulóza) štěpit neumíme
- vše odbourávání jde přes glukózu
- Glykolýza
- přenos i ze soustav s nižším elektronovým potenciálem
- přes glukózu-6-fosfát → GAP (glaceraldehydfosfát) → piruát
- odbourávání piruvátu
- Aerobní – v mitochondriích, zapojení do K.C.
- Anaerobní
- Mléčné kvašení
- ve svalech
- 100krát rychlejší než aerobní
- zisk 2 molekul ATP
- produkt laktát
- Alkoholové kvašení
- u rostlin, kvasinky
- kyselina pyrohroznová přeměněna na ethanol
- zisk 2 molekul ATP
- C6H12O6 → (2 CH3COCOOH) → 2 CH3CH2OH + 2 CO2 + 100,4 kJ
- Mléčné kvašení
- Katabolismus bílkovin
- enzym proteáza
- odbourávány AK, z nich se staví nové bílkoviny, dusíkaté báze, …
- aminokyseliny nemůžeme vyloučit → zdroj pro syntézu nebo zásoba energie
- každá aminokyselina má vlastní odbourávání
- odbourávání na amoniak a α-oxokyseliny a ty dále na meziprodukty katabolismu lipidů či sacharidů
- Detoxikace amoniaku
- část využita na syntézu dusíkatých látek a zpětnou syntézu AK
- část je volná → je třeba odstranit
- amonentární organismy
- vodní organismy
- vyloučení prostou difusí
- urikotelní organismy
- ptáci, plazy
- přeměna na kyselinu močovou (krystalická látka)
- ureotelní organismy
- suchozemští
- přeměna na močovinu
- oritínový cyklus
- není lokalizován jen v jedné molekule (část v cytoplazmě a část v mitochondriích)
- štěpení ornitínu na močovinu
- oritínový cyklus
- amonentární organismy