LOSY SKŁADNIKÓW DIETY PO STRAWIENIU = METABOLIZM =
setki reakcji chemicznych, które zachodzą jednocześnie i wzajemnie na siebie oddziałują
opis procesów metabolicznych dla wygody rozpatruje się jako grupy procesów:
· pobieranie składników pokarmowych
· wytwarzanie energii
·
· budowanie składników organizmu
SZLAKI METABOLICZNE dzieli się na trzy kategorie
· szlaki ANABOLICZNE: synteza związków tworzących strukturę organizmu i warsztat metaboliczny
· szlaki KATABOLICZNE: procesy utleniania, w których uwalniana energię swobodna zostaje zmagazynowana w formie bogatych w energię wiązań chemicznych lub elektronów o dużej energii
· szlaki AMFIBOLICZNE: mają więcej niż jedną funkcję, są łącznikami między szlakami katabolicznymi i anabolicznymi (np cykl kwasu cytrynowego)
INTEGRACJA METABOLIZMU
METABOLIZM OBEJMUJE SIEĆ POŁĄCZONYCH ZE SOBĄ SZLAKÓW, które
· funkcjonują równocześnie
· każdy szlak żeby zaspokoić potrzeby organizmu we właściwy sposób musi uwzględnić stan innych szlaków
· ANABOLIZM I KATABOLIZM MUSZĄ BYĆ PRECYZYJNIE KOORDYNOWANE
· SZLAKI BIOSYNTEZ NIE SĄ PROSTYM ODWRÓCENIEM SZLAKÓW ROZKŁADU:
-gwarancja termodynamicznie korzystnego przebiegu w dowolnym czasie
-gwarancja efektywnej kontroli
ZASADNICZA STRATEGIA METABOLIZMU KATABOLICZNEGO jest prosta i sprowadza się do wytwarzania:
· elementów budulcowych, niezbędnych do różnego rodzaju biosyntez
· ATP, który jest uniwersalnym przenośnikiem energii
· potencjału redukcyjnego – NADH i FADH2
METABOLIZM ANABOLICZNY: do przeprowadzenia biosyntez są potrzebne:
· elementy budulcowe
· energia - pochodzi hydrolizy wiązań wysokoenergetycznych ATP
· potencjał redukcyjny, gdyż zazwyczaj produkty biosyntez są silniej zredukowane niż ich substraty; elektronów o wysokim potencjale dostarcza NADPH (głównie dostarczany przez szlak pentozowy)
ELEMENTY BUDULCOWE:
· BIOCZĄSTECZKI pomimo ogromnej różnorodności są zbudowane z małego zestawu elementów
· zasadnicze szlaki metaboliczne spełniają funkcje zarówno kataboliczne jak i anaboliczne
· szlaki metaboliczne, dzięki którym wytwarza się ATP i NADPH oprócz energii dostarczają także prostych substratów wykorzystywanych w biosyntezie cząsteczek o bardziej złożonej strukturze;
np acetylo-CoA jest źródłem jednostek dwuwęglowych wykorzystywanych w biosyntezie kwasów tłuszczowych, prostaglandyn czy cholesterolu
pirogronian ulega przemianom w 12 różnych reakcjach chemicznych, które dają różne produkty
ATP oraz NADH i FADH2
WYKORZYSTANIE:
ATP jest źródłem energii
· podczas skurczu mięśnia,
· w transporcie aktywnym
· wzmacnianiu sygnałów i
· biosyntezach
· hydroliza cząsteczki ATP powoduje w sprzężonych z nią reakcjach zmianę stosunków stężeń produktów do substratów 108 razy; dlatego w wyniku sprzężenia reakcji z hydrolizą dostatecznej liczby cząsteczek ATP reakcje termodynamicznie niekorzystne ulegają przekształceniu w ciąg reakcji termodynamicznie korzystnych
WYTWARZANIE:
· ATP jest wytwarzany podczas utleniania cząsteczek paliwa energetycznego: glukozy, kwasów tłuszczowych, aminokwasów
· wspólnym produktem reakcji utleniania cząsteczek paliwa jest acetylo-CoA; atomy jednostki acetylowej ulegają całkowitemu utlenieniu, do CO2 w cyklu kwasu cytrynowego z równoczesnym utworzeniem NADH i FADH2
· NADH i FADH2 przekazują swoje elektrony o wysokim potencjale na łańcuch oddechowy
· przepływ elektronów przez ten łańcuch do O2 jest wykorzystany do pompowania H+ i utworzenia gradientu protonowego w poprzek wewnętrznej błony mitochondrialnej
· gradient protonowy jest wykorzystany do syntezy ATP:
całkowite utlenienie cząsteczki glukozy do CO2 _ 30 cząsteczek ATP
· ATP powstaje także podczas glikolizy;
utlenianie cząsteczki glukozy do pirogronianu _ 2 cząsteczki ATP
REGULACJA METABOLIZMU
HOMEOSTAZA - prawidłowe funkcjonowanie organizmu (każdego)
· równowaga metaboliczna pojedynczych komórek jak i wielokomórkowych organizmów jest zdumiewająco stabilna; gdy zostanie naruszona, komórki i organizmy reagują tak, aby przywrócić stan prawidłowy;
· organizmy dysponują siecią mechanizmów kontrolujących i integrujących metabolizm na poziomie komórkowym i na poziomie całego organizmu
· w większości szlaków metabolicznych o przepływie cząsteczek decyduje:
-przede wszystkim aktywność niektórych enzymów
-w mniejszym stopniu ilość dostępnych substratów
NA POZIOMIE KOMÓRKOWYM wpływ na równowagę metaboliczną
mają czynniki:
· endogenne
-zjawiska zachodzące w cytoplazmie
-funkcjonowanie aparatu genetycznego
· egzogenne (pochodzące ze środowiska)
-temperatura, odczyn, rodzaj pożywienia
-sygnały ze środowiska komórka odbiera za pomocą receptorów
POWTARZAJĄCE SIĘ SCHEMATY:
· regulacja allosteryczna aktywności enzymu
· modyfikacje kowalencyjne białka enzymatycznego
· regulacja stężenia enzymu: synteza lub degradacja
· wytwarzanie form nieaktywnych enzymów (proenzymy)
· kompartmentacja: regulacja przepływu metabolitów przez błonę
REGULACJA AKTYWNOŚCI ENZYMATYCZNEJ
INTERAKCJE ALLOSTERYCZNE (milisekundy do sekund)
· miejscami kontroli są enzymy, które katalizują reakcje praktycznie nieodwracalne (wymagające nakładu energii = endoergiczne; dodatnia wartość ΔG)
· aktywność tych enzymów jest regulowana allosterycznie – odpowiedź jest bardzo szybka
związanie efektora allosterycznego zmienia konformację centrum aktywnego enzymu
inhibitor - zmniejsza aktywność enzymu (centrum aktywne enzymu nie jest dostępne dla substratu); aktywator odwrotnie
· sprzężenie zwrotne: produkt końcowy danego szlaku jest inhibitorem enzymu zlokalizowanego wcześniej w tym samym szlaku; zapobiega to nagromadzeniu produktów pośrednich i niepotrzebnemu zużytkowaniu metabolitów oraz energii
MODYFIKACJA KOWALENCYJNA (sekundy do minut)
-może być jedyną kontrolą lub dodatkową do allosterycznej
-często są to reakcje fosforylacji i defosforylacji, którym towarzyszy zmiana w strukturze przestrzennej cząsteczki enzymu
STĘŻENIE ENZYMU
· najczęściej jest to kontrola hormonalna (wolna – nawet godziny)
· ilość obecnego w komórce enzymu jest wynikiem równowagi między szybkościami jego syntezy i degradacji
· o szybkości syntezy enzymu decydują
-indukcja lub represja genu kodującego białko enzymatyczne - poziom transkrypcji
-synteza białka na rybosomach - poziom translacji
· o szybkość degradacji decydują
-trwałość mRNA
-trwałość enzymu(półokres życia)
KOMPARTMENTACJA
· losy niektórych cząsteczek zależą od tego, w którym przedziale komórki się znajdują (mitochondrium lub cytozol)
· ich przepływ przez błony jest regulowany
· np. kwasy tłuszczowe: -warunkach zapotrzebowania na energię są przenoszone do mitochondrium, i zostają rozłożone w cyklu kwasu cytrynowego
-te, które są w cytozolu ulegają estryfikacji (do TG) lub są z komórki eksportowane
KAŻDY ORGAN MA WŁASNY PROFIL METABOLICZNY
(rodzaje paliwa komórkowego dla zaspokojenie potrzeb energetycznych)
MÓZG:
· w mózgu osób sytych jedynym paliwem komórkowym jest glukoza natomiast w okresie głodu dominującym rodzajem paliwa są ciała ketonowe, acetooctan i 3-hydroksymaślan, wytwarzane w wątrobie
· konieczny jest stały dopływ substratów energetycznych (mózg nie ma rezerw energetycznych); 60% całkowitego zużycia glukozy u człowieka w stanie spoczynku
· energia pochodząca z metabolizmu glukozy jest zużywana na:
-mechanizmy transportu, które utrzymują potencjał błonowy oparty na gradientach Na+ i K+, niezbędny do przekazywania impulsów nerwowych
-synteza neurotransmiterów i ich receptorów
· kwasy tłuszczowe nie mogą być substratem dla mózgu, ponieważ wiążą się z albuminami osocza i nie mogą przekroczyć bariery krew mózg
· podczas głodowania substratem energetycznym dla mózgu są częściowo ciała ketonowe
TKANKA TŁUSZCZOWA
triacyloglicerole (TG) - bogaty substrat energetyczny; 15/70kg wagi człowieka
tkanka tłuszczowa jest wyspecjalizowana ciągłej hydrolizie i ponownej
syntezie triacylogliceroli
stężenie glukozy w komórkach tkanki tłuszczowej jest głównym czynnikiem decydującym o uwalnianiu kwasów tłuszczowych do krwi
do syntezy triacylogliceroli niezbędny jest glicero-3-fosforan pochodzący z glikolizy; jego bark powoduje uwalnianie kwasów tłuszczowych do krwi
NERKI
stanowią 0,5% masy ciała; główne zadanie wytwarzanie moczu (1-2 litrów dziennie)
mocz służy do wydalania zbę...
zbyszekzk