Kierunki przemian metabolicznych
W każdej komórce w ciągu jednej sekundy zachodzą tysięce zależnych od siebie reakcji chemicznych. Towarzyszą im przemiany energii, której głównym przenośnikiem jest ATP (adenozynotrifosforan). Całość przemian chemicznych i energetycznych nazywamy metabolizmem, od greckiego słowa metabole - przemiana.
Wyróżnia się dwa kierunki przemian metabolicznych : anabolizm i katabolizm.
Mianem anabolizmu określa się wszystkie reakcje syntez złożonych związków chemicznych ze związków prostszych. Wymagają one dostarczania energii, np. w postaci energii świetlnej czy energii chemicznej, są to wiec reakcje endoergiczne.
Produkty reakcji endoergicznych mają większą energię niż substraty. Energia ta jest związana w postaci wiązań chemicznych (głównie wiązań między węglem a wodorem).
Do przemian anabolicznych należa: fotosynteza, chemosenteza, synteza białek, lipidów, kwasów tłuszczowych i innych złożonych związków organicznych.
Katabolizm obejmuje wszystkie reakcje, które polegają na rozkładzie złożonych związków chemicznych, m.in. cukrów, tłuszczów, białek.
W ich trakcie następuje uwalnianie energii, są to zatem reakcje egzoergiczne, a ich produkty zawierają mniej energii niż substraty.
Część uwalnianej energii ulega rozproszeniu w postaci cieplnej, część zostaje krótkotrwale zmagazynowana w postaci wysokoenergetycznych związków, głównie ATP.
ATP - uniwersalny nośnik energii w komórce
Reakcje uwalniania energii (reakcje kataboliczne) są w komórce sprzężone z reakcjami wymagającymi dostarczenia energii (reakcjami anabolicznymi). Dlatego zachodzą one jednocześnie, choć w innycj strukturach komórki.
Funkcje uniwersalnnego nośnika energii w komórce pełni głównie ATP.
ATP jest nukleotydem zbudowanym z zasady azotowej - adeniny i trzech reszt fosforanowych. Między resztami fosforanowymi znajdują się tzw. wiązania wysokoenergetyczne. Energia chemiczna zawarta w tych wiązaniachjest uwalniana podczas reakcji rozkładu ATP - hydrolizy ATP. Następuje wówczas rozpad jednego z wiązań wysokoenergetycznych, w wyniku czego ATP przekształca się w ADP (adenozynodifosforan), lub jeśli następuje rozpad kolejnego wiązania w AMP (adenoznomonofosforan).
Odtwarzanie ATP to proces, polegający na przyłączeniu brakujących reszt fosforanowych z utworzeniem wiązań wysokoenergetycznych.
W niektórych reakcjach metabolicznych akumulatorami i nośnikami energii są nukleotydy o budowie podobnej do budowy ATP: GTP (guanozynotrifosforan), UTP (urydynotrifosforan), CTP (cytydynotrifosforan). Uczestniczą one zarówno w reakcjach przebiegających z uwolnieniem energii, jaki i w reakcjach, które wymagają jej dostarczenia. Formy difosforanowe tych nukleotydów : GDP, UDP, CDP, a formy monofosforanowe: GMP, UMP, CMP.
Cechy ATP
ATP jest uniwersalnym nośnikiem energii w komórce, ponieważ:
- jest przenoszony z miejsca, gdzie jest produkowany (najczściej powstaje w mitochondriach), do miejsca gdzie jest wykorzystywany, dzięki białkom transportującym
- wiązania między grupami fosforanowymizawierającymi dużą ilość energii chemicznej.
- grupy fosforanowe łatwo się odłączają, powodujący ufosforylowanie różnich związków, co zwiększa ich energię oraz zdolność do wykonywania pracy.
- natychmiast odzyskuje utracone grupy fosforanowe w drodze fosforylacji
Mechanizm syntezy ATP
Synteza ATP może zachodzić w wyniku trzech typów fosforylacji.
Sumaryczny zapis procesu fosforylacji
ADP + Pi (fosforan nieorganiczny) ⇒ ATP
Fosforylacja substratowa
Polega na przyłączeniu do ADP reszty fosforanowej przeniesionej z cząsteczki substratu organicznego. Fosforylacja substratowa zachodzi w cytozylu komórki, m.in. w początkowych, niewymagających obecności tlenu, etapach oddychania komórkowego oraz podczas fermentacji.
substrat wysokoenergetyczny + ADP ⇒ produkt niskoenergetyczny + ATP
Fosforylacja fotosyntetyczna (fotofosforylacja)
To proces syntezy ATP, w którym jest wykorzystywana energia świetlna, m.in. u roślin oraz bakterii fotosyntetycznych ( sinic, bakterii zielonych i purpurowych).
ADP + Pi + energia świetlna ⇒ ATP
Fotorylacja oksydacyjna
Polega na wytwarzaniu ATP przy wykorzystaniu energii uwalnianej na ostatnim etapie oddychanie komórkowego. Zachodzi u wszystkich organizmów tlenowych wewnętrznej błonie mitochondrialnej. Synteza ATP następuje podczas utleniania związków, które są przenośnikami elektronów i protonów na tlen, w wyniku czego powstaje również woda.
ADP + Pi + zredukowane przenośniki wodoru + tlen ⇒ ATP + utlenione przenośniki wodoru + woda
Uniwersalne nośniki elektronów
Podczas wielu reakcji zachodzących w komórce następuje przenoszenie elektronów z jednej cząsteczki na drugą.
Reakcje, w których elektrony są przyjmowane, nazywamu reakcjami redukcji a te, w których elektrony są oddawane - reakcjami utleniania.Zawsze utlenianie cząsteczki pociąga za sobą redukcję innej.
Reakcje oparte na przepływie elektronów nazywamy reakcjami oksydoredukcyjnymi lub reakcjami redoks.W reakcjach tego typu cząsteczki występują raz w postaci utlenionej (gdy oddaja elektrony), a raz w postaci zredukowanej (gdy przyjmują elektrony).
W przenoszeniu elektronów w komórce biorą udział wyspecjalizowane związki. Do najważniejszych z nich należą: NAD + (dinokleotyd nikotynamidoadeninowy), FAD (dinukleotyd flawinadeninowy) oraz NADP+ (fosforan dinukleotydu nikotynamidoadeninowego).
NAD+ i FAD, po redukcji odpowiednio do NADH + H+ oraz do FADH2 sa przenośnikami elektronów (tym samym stanowią przejściowy magazyn energii) w oddychaniu komórkowym i służą wyłącznie do syntezy. Z kolei NADP+ w postaci zredukowanej, czyli NADPH + H+, bierze udział prawie wyłącznie w reakcjach anabolicznych (m.in. w fotosyntezie, syntezie kwasów tłuszczowych), dostarczając atomy wodoru i elektrony potrzebne do syntezy nowych związków.
Darmowy hosting zapewnia PRV.PL