‹#›
1
Ó Biochemický ústav LF MU 2012 (E.T.)
Buněčný metabolismus

‹#›
2
Metabolismus (látková přeměna)
Živý organismus vyžaduje neustálý přísun  energie a tvorbu a obnovu stavebního materiálu.
Metabolismus - pochody, při kterých živý organismus využívá a produkuje energii.
Souhrn všech reakcí, probíhajících v organismu.

‹#›
3
Úloha metabolismu
• zajištění energie (děje katabolické)
• syntéza molekul (děje anabolické)
• oba typy dějů jsou na sobě závislé

‹#›
4
Rozdělení organismů podle metabolismu
• podle zdroje energie:
fototrofy (využívají sluneční energii)
            chemotrofy (oxidace živin)
• podle zdroje stavebního materiálu:
autotrofy (samoživné - syntetizují látky z anorg.zdrojů, např. sirné, nitrifikační bakterie)
heterotrofy (využívají org.látky)

‹#›
5
j0149627 MPj04116610000[1] MCj04338230000[1] MCj04321230000[1]
CO2
malé molekuly
makromolekuly
Bílkoviny, tuky , sacharidy
energie
O2
metabolismus člověka

‹#›
6
•trvale přijímají živiny s vysokou entalpií (= energií)                     a nízkou entropií (=
složitá a uspořádaná struktura)
•živiny přeměňují na odpadní produkty s nízkou enthalpií a vysokou entropií (= jednoduché
struktury)
•Gibbsova energie uvolněná při těchto procesech udržuje v běhu biochemické pochody a zajišťuje
vysoce organizovanou buněčnou strukturu
•část energie se přemění na využitelnou formu, část na teplo
Organismy jako otevřené systémy

‹#›
7
Děje
exergonické                           endergonické
Endergonické reakce mohou probíhat jen ve spřažení s reakcemi exergonickými
Přenos energie z jednoho procesu k jinému probíhá pomocí energeticky bohatých molekul.
Nejčastěji je využito ATP.
Při  spřažení dochází k přenosu fosforylové skupiny -PO32- na jiné látky

‹#›
8
-PO32- je pomocí enzymu kinasy přenášen z ATP na glukosu.
Principy spřažení
DGo´  = +13,8 kJ/mol
DGo´  = -30,5 kJ/mol
Příklad 1:
Tvorba glukosa-6-fosfátu
glukosa + Pi ® glukosa-6-P + H2O
DGo´ = - 16,7 kJ/mol
glukosa + ATP ® glukosa -6-P + ADP
ATP + H2O  ®  ADP  +  Pi

‹#›
9
Pojem „vysokoenergetická sloučenina“
(též „energeticky bohatá sloučenina“
„makroergní sloučenina“ )
Sloučenina, která hydrolytickým štěpením své vazby poskytne přibližně stejnou nebo větší energii
než je
DG0´pro hydrolýzu ATP
Nejčastěji se jedná o funkční deriváty kys. fosforečné

‹#›
10
Vysokoenergetické fosfátové sloučeniny
obsahují zbytek kys. fosforečné navázaný nejčastěji:
Øanhydridovou,
Øamidovou,
Øenolesterovou vazbou.
(estery kys.fosforečné nejsou makroergní sloučeniny)

‹#›
11
Universální fosfátová vysokoenergetická sloučenina je ATP
Poskytuje energii v reakcích:
ATP + H2O  ®  ADP  +  Pi                                  D G0´ = -30,5 kJ/mol
ATP + H2O  ® AMP   + PPi           D G0´ = -32,0 kJ/mol
reakce musí být enzymově katalyzované
Obdobně poskytují energii i GTP, UTP a CTP

‹#›
12
Další energeticky bohaté fosfátové sloučeniny
Tyto látky vznikají v průběhu metabolismu.
Jejich reakcí s ADP může vznikat ATP = substrátová fosforylace
Sloučenina                           D G0 (kJ/mol)        typ sloučeniny
fosfoenolpyruvát -62 enolester
karbamoylfosfát -52  smíšený anhydrid
1,3-bisfosfoglycerát -50 smíšený anhydrid
fosfokreatin -43 amid

‹#›
13
Energeticky bohaté sloučeniny mohou být i thioestery
(např. acylová skupina vázaná na koenzym A)
D G0 = -31,0 kJ/mol

‹#›
14
Jak se metabolismem získávají  vysoko- energetické sloučeniny ?
„spalování živin“
• živiny v potravě (lipidy a sacharidy, částečně proteiny) obsahují atomy uhlíku s nízkým oxidačním
stupněm
• jsou postupně dehydrogenovány na různé intermediáty, které v dekarboxylačních reakcích odštěpují
CO2
• elektrony a H atomy jsou přenášeny na oxidačně redukční kofaktory (NADH, FADH2 ) a transportovány
do dýchacího řetězce

‹#›
15
• v průběhu odbourání živin mohou také přímo vznikat vysokoenergetické sloučeniny, které poskytují
ATP následnou substrátovou fosforylací
• energie uvolněná jejich reoxidací je použita k tvorbě ATP
Která látka je při tom redukována ?

‹#›
16
Tvorba ATP v buňce
• Převážná část tvorby ATP v buňce
aerobní fosforylace
= přímá reakce mezi fosfátem a ADP
ADP  +  Pi ®     ATP       katalyzovaná ATP-synthasou
- je využita energie získaná oxidací NADH a FADH2
- probíhá ve spřažení s respiračním řetězcem

‹#›
17
• Další možnosti vzniku ATP
přenos -PO32- z energeticky bohaté sloučeniny na ADP
(substrátová fosforylace)

‹#›
18
ATP v buňkách
•Životnost ATP v buňce cca 2 min
•Musí být stále doplňováno
•Okamžitý obsah ATP v těle je asi 100 g, denně je však produkováno 60-70 kg
•Adenylátkinasa udržuje rovnováhu mezi ATP, ADP a AMP
• ATP + AMP        2 ADP
•Ve zdravé buňce poměr [ATP]/[ADP] = 5-200
•
•
•Energetický náboj buňky:
•
•jakmile klesne k nule, buňka zaniká
•
•
•
•