INTEGRACJA METABOLIZMU.doc

(9705 KB) Pobierz
LOSY SKŁADNIKÓW DIETY PO STRAWIENIU =

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...

Zgłoś jeśli naruszono regulamin