Metabolizam Flashcards
(40 cards)
Metabolizam
Promet materije i energije koji živi sistemi ostvaruju kroz sebe, odnosno predstavlja skup svih procesa koji se odvijaju u živim sistemima i omogućavaju im da ostvare svoje funkcije.
*mreža biohemijskih puteva
Funkcije metabolizma
- Obezbeđuje hemijsku energiju koja se koristi u životnim procesima i dobija iz redukovanih organskih jedinjenja, odnosno energiju koja potiče od apsorbovane energije Sunca
- Obezbeđuje pretvaranje spolja unetih hranljivih materija u gradivne blokove za procese rasta, razvića, obavljanja i održavanja ćelije, u prekursore od kojih mogu da nastanu drugi molekuli
- Obezbeđuje povezivanje osnovnih gradivnih blokova u makromolekule - proteine, nukleinske kiseline, lipide i saharide
- Obezbeđuje sintezu i razgradnju bioloških molekula koji su nužni za specijalizovane funkcije ćelija-
Tipovi metabolizma
- Katabolizam - procese razgradnje biomolekula (u ovim procesima energija se oslobađa), i od većih molekula dobijamo manje, koji mogu da posluže u izgradnji novih većih molekula
- Anabolizam - procesi sinteze biomolekula, kada od manjih molekula dobijamo veće (ovi procesi zahtevaju ulaganje energije)
+ procesi amfibolizma (u njih se ubrajaju oni biohemijski putevi koji prestavljaju snop između kataboličkih i anaboličkih procesa)
Anabolički procesi
- povezivanje AK u proteine (translacija)
- povezivanje nukleotida u nukleinske kiseline (replikacija, transkripcija)
- povezivanje molekula glukoze u glikogen i dr.
Katabolički procesi
- razgradnja glukoze
- varenje
- beta oksidacija masnih kiselina i dr.
Amfibolični procesi
- Krebsov ciklus, u kome se razgrađuje pirogrožđana kiselina nastala glikolizom od glukoza, a kao rezultat nastaje ATP
*takođe, u Krebsovom ciklusu nastaju i razni prekursoni, od kojih sintezom nastaju drugi značajni molekuli (npr. amino-kiseline)
Enzimi
Proteini, biološki katalizatori, koji smanjuju energiju aktivacije, odnosno ubrzavaju hemijske procese. Od drugih hemijskih katalizatora enzimi se razlikuju po većoj brzini reakcije, pošto ne zahtevaju ekstremne uslove kao što su visoka temperatura, pritisak i ekstremne pH vrednosti. Enzimi, takođe, ispoljavaju veću selektivnost, specifičnost, ili sklonost prema svom supstratu.
Katalitička aktivnost enzima može da se menja i zavisi od mnogih drugih sastojaka ćelije, što omogućava finu regulaciju reakcije koju enzim katalizuje. Vanćelijski činioci, kao i faktori spoljašnje sredine, u velikoj meri utiču na aktivnost enzima
Kofaktori
Neproteinski faktori koji sarađuju sa enzimima u mnogih reakcijama. U nekim slučajevima to su joni metala, a takođe ulogu kofaktora mogu da imaju i organski molekuli neproteinske prirode koji se nazivaju koenzimi.
Joni metala mogu enzimima da omogućavaju vezivanje sa supstratom, mogu da stabilizuju prostorni oblik molekula koji predstavlja njihovu aktivnu formu ili da imaju ulogu u organizaciji primarnog katalitičkog centra - dela molekula koji neposredno utiče u uspostavljanju veze enzima sa supstratom i u samom katalitičkom procesu.
Koenzimi
Organski molekuli neproteinske prirode - vitamini ili derivati vitamina. Imaju ulogu prenosilaca elektrona, atoma ili funkcionalnih grupa u reakcijama koje katalizuju enzimi-
npr. derivati nikotinamida (nijacin, vitamin B3) imaju ulogu u procesima oksido-redukcije. To su nikotinamid adenindinukleotid fosfat (NADP) ili bez fosfatne grupe nikotinamid adenindinukleotid (NAD) - ovi kofaktori neophodni su za procese ćelijskog disanja i fotosinteze.
U procesima oksido-redukcije kao kofaktori učestvuju i derivati vitamina riboflavina (vitamin B2) - flavin mononukleotid (FMN) i flavin adenindinukleotid (FAD). FAD je neizostavni učesnik u procesima ćelijskog disanja.
Koenzim A (HS-CoA) je derivat pantotenske kiseline (vitamin B5) i ima značajnu ulogu u procesima ćeijskog disanja (Krebsov ciklus, beta oksidacija masnih kiselina)
Uloge koenzima imaju i derivati drugih vitamina: tiamina (vitamin B1); piridoksina (vitamin B6), folne kiseline (vitamin B9)
Bolest beri-beri
Nastaje kao posledica nedostatka vitamina B1 (tiamin). Česta je na Dalekom istoku i posledica je lošeg kvaliteta pirinča, a dovodi do niza neuroloških i kardiovaskularnih poremećaja.
Bolest pelagra
Nastaje kao posledica nedostatka vitamina B3 (nikotinamid). Nastaju kožne rane i oštećenja nervnog sistema
Energija aktivacije
Energija koja je neophodna da se uloži kako bi se raskinule veze između atoma reaktanata. U živim sistemima, najčešći izvor energije je toplota, koju molekuli preuzimaju iz okruženja. Sa povišenjem energije, molekuli se brže kreću i češće sudaraju, tako da njihove veze postaju sve manje stabilne. Kada dostignu nivo energije koji odgovara energiji aktivacije, molekuli prelaze u nestabilno stanje koje označavamo kao aktivno stanje - tranziciono stanje
Mehanizam delovanja enzima
Enzimi snižavaju Ea. Oni se vezuju za svoj supstrat i prave prelazni enzim-supstrat kompleks. Tada je nivo energije reakcije niži, na temperaturi tela može da se postigne tranziciono stanje i reakcija može da se odigra. Po završenoj reakciji, od prelaznog kompleksa se odvajaju proizvodi reakcije i neizmenjeni enzim, koji je sada u stanju da nagradi novi kompleks sa reaktantima-
Modeli vezivanja enzima i supstrata
Dva osnovna načina vezivanja enzima i supstrata:
1. Model ključ-brava: Akivno mesto enzima - mesto za koje se supstrat vezuje - već je formirano, odnosno komplementarno strukturi supstrata. Tada se enzim i supstrat vezuju bez promene strukture enzima
2. Model indukovanog uklapanja: Mesto za koje se supstrat vezuje nije oformljeno pre kontakta enzima i supstrata. Kada dodje do njihovog kontakta, enzim privremeno menja svoju strukturu i aktivno mesto se tek tada oformljuje, odnosno postaje komplementarno strukturi supstrata
Klasifikacija enzima
*6 klasa enzima
1. Oksidoreduktaze - enzimi koji omogućavaju odigravanje procesa oksido-redukcije. Od posebnog su značaja dehidrogenizacije i hidrogenizacije, odnosno reakcije prenosa vodonika (npr. alkoholne dehidrogenaze povratno prevode alkohol u aldehid)
2. Transferaze omogućavaju prenos grupa ili atoma sa jednog supstrata na drugi npr. fosfotransferaze prenose fosfornu grupu (tu spadaju kinaze, enzimi koji prenose na supstrat fosfatnu grupu sa ATP-a)
3. Hidrolize, ili hidrolitički enzimi, katalizuju raskidanje kovalentne veze supstrata, odnosno vrše hidrolizu kovalentne veze, tako što uvode molekul vode na mesto veze, pri čemu se molekul vode cepa na vodonik i hidroksilnu grupu. Npr. peptidaze raskidaju peptidnu vezu proteina, fosfodiesteraze deluju na fosfodiestarsku vezu polinukleotida itd
4. Liaze su odgovorne za nehidrolitičko uklanjanje grupa sa molekula, pri čemu često dovode do nastanka dvostruke veze na mestu gde su delovale. Npr. deaminaze uklanjaju amonijak iz supstrata, pri čemu ostavljaju dvostruku vezu, ali dekarboksilaze uklanjaju karboksilnu grupu u obliku CO2, a da pri tome ne dolazi do nastanka dvostruke veze.
5. Izomeraze katalizuju pretvaranje jednog izmorea molekula u drugi, odnosno pomeranje dvostrukih veza, fosforne grupe itd.
6. Ligaze katalizuju proces formiranja kovalentnih veza, uz utrošak energije u procesima biosinteze. Najčešći izvor energije je ATP. Ligaze mogu da povezuju različite supstrate npr. aminoacil t-RNK sintetaza, povezuje amino-kiseline za odgovarajuću tRNK (translacija)
Razlog netolerancije alkohola kod nekih ljudi
Alkoholna dehidrogenaza pretvara alkohol u acetaldehid, koji je toksičan i odgovoran za glavobolju, mamurluk, mučninu nakon konzumiranja alkohola. Telo veoma brzo pretvara acetaldehid u acetat, koji nije toksičan. Ovu reakciju katalizuju aldehid-dehidrogenaza. Mutacije u genu koji je odgovoran za sintezu ovog enzima dovode do nagomilavanja acetaldehida i razlog su netolerancije alkohola kod nekih ljudi
Uklanjanje karboksilne grupe iz amino-kiseline glutamat
*glutamat - anjon glutaminske kiseline
Ovaj proces katalizyhe enzim glutamat-dekarboksilaza. U ovoj reakciji nastaje CO2 i gama-aminobuterna-kiselina (GABA). I glutamat i GABA su neurotransmiteri što znači da učestvuju u prenosu signala sa jedne nervne ćelije na drugu. Glutamat je eskcitatoran, a GABA inhibitoran neurotransmiter
Egzotermne reakcije
Reakcije u kojima nastaje molekul, proizvod reakcije, koji ima manju entalpiju od molekula čijom je promenom nastao, prilikom čega se razlika energije oslobađa u spoljašnju sredinu
Endotermne reakcije
Reakcije u kojima proizvod koji je nastao ima veću entalpiju od polaznog molekula, a razlika energije je apsorbovana iz okoline
Slobodna energija
Deo ukupne količine energije sistema koji može da se koristi za rad pod određenim uslovima. To su konstantan pritisak, temperatura i zapremina.
U zavisnosti od promene slobodne energije, reakcije u živim sistemima mogu biti
- Egzergone - promena slobodne energije je manja od nule, dakle, to su spontane reakcije koje ne zahtevaju dodatnu energiju da bi se odigrale (kataboličke reakcije)
- Endergone - promena energije je veća od nule, odnosno zahtevaju dodavanje energije da bi se odigrale (anaboličke reakcije)
- Reakcije u ekvilibrijumu - ne dolazi do promene slobodne energije
Izvori energije u ćelijama
- osksido-redukcioni procesi
- fosforilisana jedinjenja
- elektro-hemijski gradijent na membranama
Oksido-redukcije + koenzimi
U živim sistemima najčešći proces oksidacije je dehidrogenizacija (gubitak atoma vodonika), a najčešći proces redukcije - hidrogenizacija (molekul prima atom vodonika). Redukovano jedinjenje primanjem elektrona stiče redukcioni potencijal, koji se može preneti na drugo jedinjenje i izvor je energije za procese metabolizma.
U najvažnije oksido-redukcione enzime, koji direktno ili indirektno prenose elektrone sa supstrata na molekularni kiseonik, spadaju:
1. Enzimi dehidrogenza - koji kao koenzime imaju NAD+ ili NADP+
2. Enzimi dehidrogenaze - koji kao enzime imaju FMN ili FAD i citohromi (proteini sa porfirinskim prstenom koji sadrži gvožđe)
*npr. dehidrogenaze koje koriste NADP+ imaju ulogu u prenosu elektrona sa intermedijera katabolizma na intermedijere anabolizma i omogućavaju da se energija iz egzergonih procesa upotrebi za endergone procese sinteze
Redoks-koenzimi
NAD+, NADP+, FMN i FAD.
