Oddychanianie komórkowe - Notatki - Biologia, Notatki'z Biologia. University of Podlasie in Siedlce
hannibal00
hannibal008 March 2013

Oddychanianie komórkowe - Notatki - Biologia, Notatki'z Biologia. University of Podlasie in Siedlce

PDF (263.5 KB)
4 strony
1000+Liczba odwiedzin
Opis
Notatki dotyczące tematów z biologii: oddychanianie komórkowe; glikoliza, cykl Krebsa, utlenianie końcowe.
20punkty
Punkty pobierania niezbędne do pobrania
tego dokumentu
Pobierz dokument
Podgląd3 strony / 4
To jest jedynie podgląd.
Zobacz i pobierz cały dokument.
To jest jedynie podgląd.
Zobacz i pobierz cały dokument.
To jest jedynie podgląd.
Zobacz i pobierz cały dokument.
To jest jedynie podgląd.
Zobacz i pobierz cały dokument.

* wstępne

zaktywowanie glukozy przed jej

ufosforylowaniem (kosztem ATP)

GLIKOLIZA

* pierwszy etap utleniania glukozy – zachodzi w cytoplazmie * tworzy ciąg beztlenowych reakcji, w których glukoza rozkładana jest do 3-węglowego pirogronianu

* sumaryczna reakcja glikolizy uwzględniająca zysk energetyczny netto:

C6H12O6 + 2 ADP + Pi + 2 NAD + -- 2 CH3COCOO

- + 2 ATP + 2 NADH + 2H+ + H2O

* powstaje glukozo-

6-fosforan i jest izomeryzowany do

fruktozo-6- fosforanu

* podniesienie poziomu energetycznego procesu

pośredniego przez

ufosforylowanie kolejnej reszty

fosforanowej z ATP

* powstaje fruktozo-1,6-

difosforan i jest rozkładany do dwóch

cząsteczek 3-węglowych: aldehydu-3-

fosfoglicerynowego i fosfodihydroksyacetonu

* fosfodihydroksyaceton

jest izomerowany do aldehydu, powtają więc

dwie cząsteczki aldehydu- 3-fosfoglicerynowego

* pierwsza zyskowna reakcja glikolizy – przekształcenie

aldehydu-3-fosfoglicerynowego w kwas 1,3- difosfoglicerynowy

- podczas tej silnie egzoergiczne reakcji dochodzi do odwodorowania, czyli dehydrogenacji z udziałem NAD+ (dinukleotydu nikotynoamidoadeninowego), specjalnej

cząsteczki umożliwiającej przenoszenie elektronów i jonów H+ - dochodzi także do przyłączenia nieograniczonej reszty

fosforanowej do kwasu

FOSFORYLACJA SUBSTRATOWA ADP + Pi -- ATP

* do jej przeprowadzenia

wykorzystywane są wysokoenergetyczne wiązania

cząsteczki 1,3- difosfoglicerynianu

* powstałe cząsteczki

3-fosfoglicerynianu są przekształcane w

2-fosfoglicerynian, który ulega odwodnieniu:

powstają dwie cząsteczki fosfoenolopirogronianu

FOSFORYLACJA SUBSTRATOWA ADP + Pi -- ATP

* przeniesienie reszty fosforanowej

z fosfoenopirogronianu na ADP * produktem reakcji jest

pirogronian

WYDAJNOŚĆ ENERGETYCZNA REAKCJI

* około 2% energii swobodnej wiązań

glukozy można zgromadzić w ATP - z 1 mola glukozy powstają netto 2 mole wiązań ATP (każdy mol ok. 30,5 kJ) - całkowitemu spaleniu 1 mola towarzyszy wydzielenie 2868 kJ ciepła (2% - ok. 57 kJ) * produktami glikolizy są2 cząsteczki pirogronianu i 2 cząsteczki NADH

DALSZY ROZKŁAD PIROGRONIANU W WARUNKACH BEZTLENOWYCH

* w warunkach beztlenowych pirogronian nie może być dalej

utleniany – glikoliza prowadziłaby do zwiększenie liczby zredukowanych cząsteczek NADH i zostałaby zablokowana przez brak NAD+ * w organizmie człowieka (w mięśniach) oraz u pewnychbakterii możliwe jest wówczas zredukowanie pirogronianu do mleczanu (wodorem z NADH) * pozwala to bez straty dalej przeprowadzać glikolizę, ponieważ odtwarzany jest zapas niezredukowanego NAD+

CH3 ---- C --- COO

- --- CH3 --- C --- COO -

Pirogronian mleczan

FERMENTACJA MLECZANOWA

* fermentacja kwasu mlekowego * zachodzi, gdy reakcje przekształcania cukru – glukozy – w kwas mlekowy

zachodzą w komórkach bakterii mlekowych

C6H12O6 + 2 ADP + 2 Pi -- 2 CH3CHOHCOO - + 2 ATP

FERMENTACJA ALKOHOLOWA

* przekształcanie przez niektóre mikroorganizmy (drożdże winne, pewne bakterie) glukozy w pirogronian i następnie pirogronianu w alkohol etylowy

C6H12O6 + 2 ADP + 2 Pi -- 2 CH3CH2OH + 2 ATP

docsity.com

CYKL KREBSA * drugi etap utleniania glukozy – zachodzi w mitochondriach (matrix)

* pirogronian przemieszczaja się do mitochondriów z cytoplazmy * reakcja ogólna cyklu dla jednej reszty acetylowej:

Acetylo-CoA + 3 NAD+ + 1 FAD+ + ADP + Pi -- 2 CO2 + 3 NADH + FADH2 + ATP + CoA

REAKCJA POMOSTOWA

* reakcja egzoergiczne, nieodwracalna * zachodzi w matrix mitochondrium

* polega na oksydacyjnej dekarboksylacji pirogronianu

* podczas reakcji powstaje dwutlenek węgla * dochodzi też do dehydrogenacji substratu (biorcą

elektronów i jonów H+ jest NAD+), co prowadzi do powstania 2-węglowej grupy acetylowej, która przyłączana jest do cząsteczki koenzymuA (CoA)

* powstaje acetylo-CoA

CYKL KREBSA

* kondensacja 4-węglowego szczwiooctanu z grupą

acetylową dostarczoną przez acetylo-CoA

* produktem reakcji jest 6-węglowy trikarboksylowy

cytrynian

* wszystkie te reakcje, podczas których powstaje wiele

produktów pośrednich, prowadzą do odtworzenia 4-węglowego

szczawiooctanu (cykl się zamyka)

DEKARBOKSYLACJA

* zachodzi dwukrotnie podczas cyklu

DEHYDROGENACJA

* zachodzi trzykrotnie z udziałem NAD+, powstają więc 3

cząsteczki NADH oraz jednokrotnie z udziałem innego

przenośnika wodoru – dinukleotydu

flawinoadeninowego, czyli FAD (powstaje jedna cząsteczka

FADH2)

FOSFORYLACJA SUBSTRATOWA

* powstaje 1 cząsteczka

najpierw GTP, potem ATP

BILANS ENERGETYCZNY

* gdybyśmy doprowadzili do zatrzymania oddychania komórkowego, korzyści energetyczne byłyby znikome, nawet jeśli całość zysku pomnożyliśmy przez dwa (z 1 cząsteczki glukozy powstają przecież 2 cząsteczki pirogronianu)

* bilans energetyczny reakcji pomostowej wraz z cyklem Krebsa:

2 CH3COCOO- + 8 NAD+ + 2 FAD + 2 ADP + 2 Pi --- 6 CO2 + 8 NADH + 2 FADH2 + ATP

* w równaniu uwagę zwraca duża liczba cząsteczek zredukowanych przenośników * ich nadwyżkowe elektrony są zasobne w energię, którą można wykorzystać w utlenianiu końcowym

docsity.com

UTLENIANIE KOŃCOWE

* trzeci etap utleniania glukozy – zachodzi w błonach grzebieni mitochondrialnych

* w błonach grzebieni znajdują się organiczne przenośniki tworzące swoisty łańcuch, w którym przemieszczają się elektrony * sumaryczny zapis równania tlenowego rozkładu glukozy:

C6H12O6 + 6 O2 + 36 ADP + 36 Pi -- 6 CO2 +6 H2O + 36 ATP

PRZEBIEG PROCESU

* energia elektronów przypływających w łańcuchu oddechowym umożliwia wykonanie pracy osmotycznej polegającej na aktywnym przepompowaniu jonów H+z matrix mitochondrium do przestrzeni błonowej * w ten sposób po obu stronach błony grzebieni tworzy się gradient protonowy (wynikający ze znacznej różnicy stężeń jonów H+ po obu stronach błony) * różnica potencjałów przekracza 200 mV * nadwyżka jonów H+ może wracać do matrix tylko przez specjalne białka tworzące swoiste molekularne tunele w błonie - jony H+ przemieszczające się w tunelach z dużą energią kinetycznąumożliwiają syntezę ATP - przyjmuje się, że każda para elektronów z NADH pozwala na przepompowanie takiej liczby jonów H+, że możliwe jest zsyntezowanie 3 cząsteczek ATP - elektrony z FADH2 obdarzone są mniejszą energią – każda para umożliwia zsyntezowanie 2 cząsteczek ATP (nadwyżkowe elektrony z FADH2 przekazywane są na łańcuch oddechowy w innym miejscu – o niższym poziomie energetycznym) * przemieszczające się w łańcuchu oddechowym elektrony trafiają ostatecznie na tlen, co prowadzi do dołączenia jonów H+ (ze środowiska) i powstania wody (oprócz CO2) drugiego, końcowegoproduktu oddychania tlenowego * jest to fosforylacja oksydacyjna – energii do pracy pompy protonowej umożliwiającej syntezę ATP dostarczają elektrony redukujące tlen

BILANS ENERGETYCZNY

* jeśli przyjąć, że z 1 cząsteczkipirogronianu uzyskuje się 4 cząsteczki NADH i 1 cząsteczkę FADH2 * zysk energetyczny wynosi 14 cząsteczek ATP (4*3 + 1*2) * w glikolizie z każdej cząsteczki glukozy powstają dwie cząsteczki pirogronianu, więc bilans wyniesie 28 cząsteczek ATP * dodając do tego cząsteczki ATP z fosforylacji substratowej, otrzymujemy 36 cząsteczek ATP * powstające w glikolizie 2 cząsteczki NADH oddają elektrony i jony do wnętrza mitochondriom - odbiorcą jest FAD, a zatem każda cząsteczka NADH w glikolizie syntezuje 2 cząsteczki ATP * oznacza to około 38% wydajności * z najnowszych badań wynika, że wydajność oddychania tlenowego jest nieco mniejsza i wynosi netto 30-32 moli ATP z każdego mola glukozy, przyczyną jest najprawdopodobniej mniejsza ilość powstającego ATP w wyniku fosforylacji oksydacyjnej * oddychanie tlenowe dostarcza znacznie więcej energii niż oddychanie beztlenowe

Cecha Oddychanie beztlenowe (fermentacja mleczanowa)

Oddychanie tlenowe

Substrat oddechowy glukoza glukoza i tlen

Produkt końcowy kwas mlekowy dwutlenek węgla i woda

Miejsce zachodzenia cytozol cytozol i wnętrze mitochondrium

Etapy glikoliza i odtwarzanie NAD+ glikoliza, reakcja pomostowa, cykl Krebsa, utlenianie końcowe

Liczba moli ATP z jednego mola glukozy: * brutto * netto

* 4 mole ATP * 2 mole ATP

* 40 moli ATP * 36 moli ATP (lub mniej)

CZYNNIKI WPŁYWAJĄCE NA ODDYCHANIE KOMÓRKOWE

* intensywność oddychania zależy od organizmu, rodzaju komórki, jej wieku, liczby mitochondriów lub chwilowego zapotrzebowania na energię - intensywność jest więc wysoka w komórkach młodych, w organizmach szybko rosnących (u roślin w tkankach twórczych), a także tam, gdzie wykonywana jest praca mechaniczna (np. w mięśniach szkieletowych) lub wytwarzane są duże ilości ciepła - niewielka jest intensywność w komórkachzwierząt zapadających w sen zimowy - bardzo niska jest intensywność procesu w komórkach przetrwalników, zarodników i nasion znajdujących się w stanie spoczynku * istotnym czynnikiem wpływającym na intensywność oddychania komórkowego jest tlen oraz inneczynniki, oddziałujące na jego enzymy * u osób uprawiających sport w takich narządach, jak serce, wątroba, czy mięśnie szkieletowe dochodzi do niewielkiego zwiększenia wydajności oddychania komórkowego, większa jest także sprawność m.in. układu sercowo-naczyniowego i płuc - w komórkach tych narządów możliwe jest syntezowanie przenośników transportujących elektrony NADH cytoplazmatyczne bez ponoszenia strat - odbywa się to z udziałem FAD, lecz na NAD+ * niektóre białka cytochromowe (cytochrom a oraz cytochrom a3, tworzące kompleks zwany oksydazą cytochromową) są końcowymi przenośnikami elektronów w łańcuchu oddechowym i bardzo łatwo ulegają zablokowaniu przez takie substancje, jak tlenek węgla (CO) czy cyjanek potasu (KCN) - związki te są więc niebezpiecznymi truciznami - tlenek węgla ponadto blokuje hemoglobinę

docsity.com

ODDYCHANIE KOMÓRKOWE/WEWNĄTRZKOMÓRKOWE

* proces polegający na uwalnianiu energii w czasie utleniania prostych związków organicznych * zachodzi w cytoplazmie (oddychanie cytoplazmatyczne) oraz we wnętrzu mitochondriom

UTLENIANIE GLUKOZY

* ważne paliwo biochemiczne (biologiczne) * jej cząsteczki można łatwo utlenić do dwutlenku węgla i wody, a sporą część energii zmagazynować w ATP (resztę organizmy tracą w

postaci ciepła)

C6H12O6 + 6 O2 -- 6 CO2 + 6 H2O + 2872 kJ (+666 kcal)

* bezpośrednie, gwałtowne spalanie glukozy prowadziłoby do śmierci termicznej każdej komórki * na proces oddychania komórkowego składa się więc wiele reakcji katalizowanych enzymatycznie, co pozwala na stopniowe uwalnianie

energii w małych porcjach (jest to rozwiązanie bezpieczne i skuteczne/wydajne)

UTLENIANIE TŁUSZCZOWCÓW

* tłuszcze są doskonałym, wysokokalorycznym paliwem biologicznym, ponieważ kwasy tłuszczowe zawierają wiele atomów

wodoru (ich elektrony mają dużą energię potencjalną)

PRZEBIEG PROCESU

* kwasy tłuszczowe są enzymatycznie rozkładane na związki 2-węglowe (resztyoctanowe) łączące się z CoA w acetylo- CoA * proces zachodzi w matrix mitochondriom i nazywamy go Beta-oksydacją * dochodzi do pofragmentowania cząsteczki kwasu tłuszczowego na 2-węglowe reszty octanowe dołączane do kolejnych cząsteczek koenzymu CoA * powstające cząsteczki acetylo-CoA włączane są w cykle Krebsa i dalej zachodzi utlenianie końcowe w łańcuchu oddechowym * inny produkt hydrolizy tłuszczów – glicerol – jest po przekształceniu w fosfodihyroksyaceton zużywany w glikolizie

BILANS ENERGETYCZNY

* efektem bezpośredniego, całkowitego utlenienia 1 mola np. kwasupalmitynowego (związku 16-węglowego) jest około 9780 kJenergii cieplnej * w pośrednim procesie utleniania wewnątrzkomórkowego z mola kwasu palmitynowego powstaje netto około 125 moli wiązań ATP, co daje wydajność w granicach 38%, a więc porównywalną z utlenianiem glukozy * z 1g tłuszczu uzyskuje się ponad 2 razy więcej energii niż z cukrów * kwasy tłuszczowe są doskonałym źródłem energii dla mięśnia sercowego oraz mięśni szkieletowych (znajdują się tam w stanie relaksacji)

SYNTEZA TŁUSZCZÓW ZAPASOWYCH

* dochodzi do niej, gdy w organizmie znajduje się nadwyżka surowców energetycznych (np. glukozy), których nie można zużyć na chwilowe potrzeby, ani do syntezy glikogenu * zasadnicze znaczenie ma syntezakwasów tłuszczowych, przeprowadzana przez złożone cytoplazmatyczne kompleksy enzymatyczne (jeśli syntezowane są fosfolipidy błonowe, ostatnie reakcje syntezy przeprowadzają kompleksy enzymatyczne wbudowane w błony siateczki śródplazmatycznej gładkiej * głównym substratem w syntezie kwasów tłuszczowych jest acetylo-CoA * acetylo-CoA jest też wyjściowymsubstratemsyntezy cholesterolu

UTLENIANIE AMINOKWASÓW

* w organizmie człowieka (oraz zwierząt) zużycie własnych białek w komórkach na cele energetyczne jest ostatecznością (dzieje się tak

w warunkach długotrwałego głodzenia)

PRZEBIEG PROCESU

* reakcje zużywania aminokwasów rozpoczynają się od odłączenia grupy aminowej (deaminacji) * produktami tych reakcji są łańcuchy węglowe (tzw. ketokwasy) oraz jon anionowy (NH4

+) * w komórkach człowieka łańcuchy węglowe po przemianach mogą być włączone w glikolizę (tak jest np. z produktami deaminacji alaniny i seryny) lub do cyklu Krebsa (jak glutamina czy arginina) * jon amonowy jest silnie toksyczny, dlatego w organizmie człowieka jest szybko przekształcany w substancję mniej toksyczną i dobrze rozpuszczalną w wodzie – mocznik * w ciągu doby wydalamy kilkanaście gramów mocznika w postaci stężonego moczu * mocznik z krwią wędruje do nerek, gdzie jest wydalany * nadmiar azotu z aminokwasów jest usuwany przez cykl ornitynowy * rozkład nadwyżki zasad azotowych przedstawia się inaczej - w komórkach człowieka puryny przekształcane są w kwasmoczowy (niewielkie jego ilości wydalamy z moczem), a pirymidyny są rozkładane do mniejszych cząsteczek, które następnie włączane są do szlaków podstawowych * organizmy licznych zwierzątprzetwarzają NH4

+ w kwasmoczowy lub wydalają amoniakbez dalszych przekształceń

CYKL MOCZNIKOWY/ORNITYNOWY

* w rzeczywistości w komórkach człowieka zużycie większości aminokwasów rozpoczyna się od przeniesienia reszty aminowej (reakcja transminacji) z rozkładanego aminokwasu na jedną z dwóch par cząsteczek: glutaminian lub pirogronian * pierwszy przekształca się wówczas w glutaminę a drugi w alaninę * aminokwasy te wydzielane do krwi wędrują z nią do wątroby * w komórkach wątrobowych glutamina i alanina ulegają deaminacji, a powstający jon amonowy natychmiast przetwarzany jest w tzw. karbamylofosforan * związek ten jest włączany do cyklu mocznikowego (ornitynowego, aminokwasów niebiałkowych) * cykl ten zachodzi częściowo w cytoplazmie i częściowo w mitochondriom, gdzie sprzężony jest z cyklem Krebsa * cykl mocznikowy jest silnie endoergiczny (do wytworzenia 1 mola mocznika zużywane są 4 mole wiązań wysokoenergetycznych)

docsity.com

komentarze (0)
Brak komentarzy
Bądź autorem pierwszego komentarza!
To jest jedynie podgląd.
Zobacz i pobierz cały dokument.
Docsity is not optimized for the browser you're using. In order to have a better experience we suggest you to use Internet Explorer 9+, Chrome, Firefox or Safari! Download Google Chrome