Energetika buňky Flashcards
(27 cards)
Metabolismus + metabolické reakce
= Soubor chemických reakcí a přeměn energie s živém systému a výměna mezí živým systémem a jeho okolím
- KATABOLISMUS = rozkladné děje
- ANABOLISMUS = biosyntézy
Metabolické reakce:
- obvykle v jednom kroku nevratné
- regulované
- úloha kompartmentů (membránové organely) u eukaryot (velká výhoda, větší specializace)
- kromě metabolismu glukózy se katabolická a anabolická dráha liší
- ustálený stav = steady state (rovnováha)
Zdroje energie pro buňky
Fototrofové
- světelné záření -> fotosyntéza
Chemotrofové
- oxidačně-redukční r-ce -> respirace
- ztráta elektronu (oxidace) jedné molekuly -> přijetí elektronu jinou molekulou (redukce)
- nejčastěji přenos protonu a elektronu (hydrogenace/dehydrogenace)
- buňky nemohou aktivně využít teplo
Spřažení reakcí
- v buňkách najdeme reakce, které by zdánlivě běžet neměly, ale běží, protože jsou SPŘAŽENÉ s jinou reakcí, která jim dodává energii
- nejčastější je spřažení s HYDROLÝZOU ATP
Gibbsova energie
- pokud vyjde v záporu -> nepotřebuje dodání energie, poběží spontánně
- ENDERGENICKÁ = energie potřebná pro start
- EXERGONICKÁ = energie jde ven
Aktivační energie
- urychluje nastolení ,,STEADY STATE’’
Důležité molekuly v energetice buňky
- ATP = energetické platidlo Přenašeče elektronů a jiných skupin = kofaktory, koenzymy - NAD⁺ - NADP⁺ - FAD - KOENZYM A - acylové/acetylové skupiny
Makroergní vazby
= vysoce energetické vazby
- např, ATP, ADT, GTP
Alternativní hydrolýza ATP
- připojení AMK k tRNA
- syntéza nukleových kyselin
- aktivace mastných kyselin
ATP
- obnova ATP z ADP a Pi - substrátová/oxidativní fosforylace, fotofosforylace
- obnova ADP z AMP (monofosfát; adenylátkináza) - AMP + ATP -> 2ADP
- též přenos energie mezi jednotlivými NDP a ATP - CDP + ATP -> CTP + ADP
NAD⁺ ⇆ NADH
NAD⁺=nikotinamidadenindinukleotid
- schopný přijmout protony a elektrony
FAD
=flavinadenindinukleotid
- FAD ⇆ FADH2
- část je riboflavin (vitamin B2)
Koenzym A
- thioesterová vazba - vysokoenergetická, při hydrolýze △G = cca -31,5 kJ/mol
- -SH skupina
Rychlá oxidace
- hodím glukózu do ohně
- velká aktivační energie překonatelná teplem ohně + energie ve formě tepla
Postupná oxidace v buňce
- malé aktivační energie jednotlivých kroků
- tvorba tepla (odpad pro buňku)
- postupně uvolněná energie se díky aktivovaných přenašečů může uchovávat
Glykolýza
- v CYTOPLAZMĚ
- Glu + 2ADP + 2Pi + 2NAD⁺ → 2 pyruvát + 2ATP + 2NADH + H⁺ + H2O
- glukóza se aktivuje -> investice ATP -> hydrolýza ATP -> stěpení glukózy na fruktózu 1,6-bifosfát -> štěpení na glyceraldehydtrifosfát -> odebírání e⁻ -> ze dvou molekul glyceraldehydtrifosfátu vzniknou 4 ATP
- příjem 2 ATP -> vznikne dohromady 2 ATP
- energetický výtěžek může být i vyšší, pokud se pak použije přenašeč NADH
- pak za přístupu O2: Glu + 2ADP + 2Pi → 2ATP + 2 ethanol + CO2
- pak bez přístupu O2: Glu + 2ADP + 2Pi → 2 kys. mléčná + 2ATP
- regenerace NAD⁺ v anaerobních podmínkách
- střídání mezi dráhou s O2 a bez O2 jde dobře vidět na kvasinkách
- udržení hladiny Glu -> štěpení glykogenu (hl. cytoplazma jaterních a svalových buněk)
Pokračování glykolýzy bez O2
Glu + 2ADP + 2Pi → 2 kys. mléčná + 2ATP
- v cytoplazmě by se produkty glykolýzy (hlavně NADH) hromadily -> pyruvát regeneruje (reoxiduje) NADH na NAD⁺
Pokračování glykolýzy s O2
Glu + 2ADP + 2Pi → 2 ethanol + 2 ATP + 2 CO2
- alkoholové kvašení
Mitochondrie
- symport pyruvátu/H⁺ do mitochondrie
- neexistuje přenašeč pro NADH (náklad se vykládá na vnitřní membránu), přenáší se pouze elektrony systémem tzv. SHUTTLES (člunků) - malát/aspartátový, glycerolfosfátový
- vnější membrána vysoce nepropustná, obsahuje PORINY (volný průchod látek jen do cca 5 kDa)
- vnitřní membrána - obsahuje KARDIOLIPIN (zde se i syntetizuje, skládá se ze dvou fosfolipidových jednotek
- pouze velmi malá část proteinů se může syntetizovat přímo v této organele
Oxidativní dekarboxylace kys. pyrohroznové
- v matrix mitochondrií
Kys. pyrohroznová + koenzym A → (- NADH+H⁺; - CO2) → ACETYL COA - katalyzace: obří multienzymový komplex PYRUVÁT DEHYDROGENÁZA
- v E. Coli 60 podjednotek
Krebsův cyklus (citrátový)
- v matrix mitochondrií
- 2C acetylCoA se váže na oxalacetát (4C)-> kys. citronová (6C) -> kys. izocitronová (6C)-> kys. ⍺-ketoglukarová (5C) -> sukcinylCoA (4C) -> znovu oxalacetát (4C)
- u savců sukcinylCoA syntetáza v cyklu produkuje GTP, u rostlin a bakterií ATP
Dýchací řetězec
- elektrotransportní řetězec
- vnitřní membrána mitochondrií (nezahnuté části)
- membránové proteiny obsahují kovy - železosirná centra (FeS) nebo hem (porfyrinový kruh s kationem Fe)
KOMPLEX I
= NADH dehydrogenáza - největší - 1MDa
- obsahuje FeS centra a molekulu flavin mononukleotidu (FMN)
- krade elektrony NADH -> do mezimembránového prostoru -> předává je koenzymu Q
KOMPLEX II
= sukcinát dehydrogenáza - je součástí Krebsova cyklu
- jeho kofaktorem jsou FADH2 a FAD
- obsahuje FeS centra
- NEpřispívá k tvorbě protonového gradientu, elektrony předává koenzymu Q
KOENZYM Q
= Ubichinon v ox. stavu, semichinon v mezistavu, ubuchinol v red. stavu - není protein
- obsahuje benzochinonové jádro a 10 izoprenových jednotek (člověk) - hydrofóbní -> kotví koenzym Q v membráně (ale může se i tak pohybovat!)
- přenáší elektrony na komplex III
KOMPLEX III
= Cytochrom reduktáza - skládá se z cytochromu b a c1 které nesou hemovou skupinu, mají i FeS centrum
- při odebírání elektronů z koenzymu Q vypouští protony do mezimembránového prostoru
- elektrony předává cytochromu c
CYTOCHROM C
= druhý volně pohyblivý přenašeč - malý protein, v mezimembránovém prostoru, asociovaný s vnitřní membránou
- obsahuje hem skupinu
- přenáší pouze jeden elektron a ten posílá komplexu IV
KOMPLEX IV
= Cytochrom oxidáza - cytochrom a, a3
- mají hem skupinu a dva ionty mědi
- zde je největší využití kyslíku - ten se váže na ionty Cu a Fe, dokud na něj nejsou přeneseny protony a elektrony za vniku vody
Cyankáli a azid blokují spojení Fe3+ v hemu, vazba je pevnější než s kyslíkem -> zablokují dýchací řetězec
Proč se elektrony pohybují dýchacím řetězcem?
- postupují od dvojic látek s nejnižší afinitou (nezápornějším redox potenciálem) k látkám s vyšší afinitou k elektronům (kladnějším redox potenciálem)
- Redox potenciál = vyjádření míry schopnosti redox systému převést jednoho z reakčních partnerů do oxidovaného stavu
- čím má činidlo vyšší E než nula, tím větším je oxidačním činidlem
- čím nižší E než nula, tím větší redukční činidlo
- NADH/NAH* má redox potenciál -320 mV, bude tedy ochotně odevzdávat elektrony
- O2/H2O má redox potenciál +820 mV, bude tedy ochotně brát elektrony
ATP syntáza
= F0F1 ATPáza
= KOMPLEX V
- využívá energii protonového gradientu s syntéze ATP z ADP a Pi
- zakotven v membráně, v zakřivení kristy
- F1 část = hydrofilní, v matrix
- F0 část = v membráně, hydrofóbní
- často tvoří tvar ,,V’’
3 stavy ⍺ß podjednotek:
-> O (open conformation)
-> L (loose binding)
-> T (tight binding, katalyticky aktivní)
- poloha rotující podjednotky uvnitř ⍺ß podjednotek indukuje průchod ⍺ß dimeru třemi odlišnými konformačními stavy
- v katalyticky aktivní T podjednotce dojde k syntéze ATP z ADP+Pi -> to je pak uvolněno a transportováno přes vnitřní mitochondriální membránu výměnou za ADP
- rotující část ATP syntázy může jet až 8 000 otáček/minutu
ß-oxidace mastných kyselin = LYNENOVA SPIRÁLA
- MK v krevním řečišti vázané na albumin
- Vnější strana mitochondrie: po vstupu do buňky se na MK (C12-C20) napojí ATP -> vznik acyl-AMP a pyrofosfát (ihned štěpen) -> Acyl-AMP se váže na koenzym A -> KARNITINOVÝM ČLUNKEM se dostane do matrix, kde je ß-oxidace = štěpení na 2C acetyly, které se ve formě acetylCoA zapojí do Krebsova cyklu
- pro nenasycené MK je potřeba dalších enzymů - IZOMERÁZY a REDUKTÁZY -> hydrogenace řetězce
- MK a lichým počtem C: stejný proces, vznikne propionylCoA (C3) -> konvertovaný na sukcinylCoA (C4)
