Przemiany metaboliczne

pRZEMIANY mETABOLICZNE

Oliwia Sierocińska, Weronika Wilmowicz, Igor Gęsicki

START

Kierunki przemian metabolicznych

Wyróżniamy dwa kierunki przemian metabolicznych: katabolizm i anabolizm. Podczas wielu procesów katabolicznych energia jest uwalniana, a następnie magazynowana w tzw. przenośnikach energii.

ATP- przenośnik energii

Jest najczęściej wykorzystywanym przez organizm przenośnikiem energii. Jego najważniejszym źródłem jest oddychanie komórkowe. ATP, czyli adenozynotrifosforan, to nukleotyd zbudowany: zasady azotowej – adeniny, pięciowęglowego cukru – rybozy, trzech reszt fosforanowych(V).

Budowa ATP

Między resztami fosforanowymi(V) znajdują się dwa wysokoenergetyczne wiązania. To właśnie w nich jest gromadzona energia.

Energia zmagazynowana w wysokoenergetycznych wiązaniach ATP jest uwalniana podczas jego rozkładu. Oprócz energii w wyniku tej reakcji powstają jeszcze dwa produkty: ADP (adenozynodifosforan) – związek zawierający dwie reszty fosforanowe – oraz reszta fosforanowa(V).

Rozkład ATP

Reakcje utlenienia-redukcji

Większość reakcji chemicznych zachodzących w komórce należy do reakcji utlenienia-redukcji. W trakcie tych reakcji następuje przenoszenie elektronów z jednego związku na drugi. Związek, który oddaje elektrony, ulega utlenieniu, a związek, który przyjmuje elektrony – ulega redukcji.

Przenośniki elektronów

W komórce reakcje utlenienia-redukcji odbywają się z udziałem związków pośrednich, które nazywamy uniwersalnymi przenośnikami elektronów. Przenośniki elektronów po dołączeniu elektronów ulegają zredukowaniu, a po odłączeniu elektronów – utlenieniu. Przykładami przenośników elektronów są dinukleotydy: dinukleotyd nikotynoamidoadeninowy (forma utleniona: NAD+, forma zredukowana: NADH) dinukleotyd flawinoadeninowy (forma utleniona: FAD, forma zredukowana: FADH2).

Szlaki i cykle metaboliczne

• W komórce pojedyncze reakcje chemiczne zachodzą bardzo rzadko. Zazwyczaj są one połączone w ciągi zachodzących w określonej kolejności reakcji chemicznych, w których produkt jednej reakcji jest substratem następnej. W zależności od przebiegu reakcji wyróżniamy:

szlaki metaboliczne, które przebiegają tylko w jednym kierunku, m.in. podczas rozkładu glukozy czy syntezy białka;

Cykl metaboliczny

Cykle metaboliczne, w których jeden z produktów końcowych staje się substratem do pierwszej reakcji rozpoczynającej kolejny cykl. W taki sposób przebiegają niektóre procesy podczas oddychania tlenowego.

Głównym źródłem energii dla organizmu są cukry. Gdy ich brakuje jako źródło energii mogą być wykorzystane także tłuszcze i białka.

• Glukoneogeneza – synteza glukozy ze związków niebędących cukrami, np. z kwasu mlekowego, aminokwasów czy glicerolu.
• Glikogenoliza – rozkład wielocukru – glikogenu na pojedyncze cząsteczki glukozy.
• Utlenianie kwasów tłuszczowych – proces, w którego wyniku jest wytwarzany acetylo-CoA, włączany następnie w cykl Krebsa.

Cukry, lipidy i białka to składniki pokarmowe zawarte w pożywieniu. W procesie trawienia są one rozkładane na mniejsze cząstki, wykorzystywane później przez organizm.

• Cukry są podstawowym źródłem energii. Stanowią również materiał zapasowy, jak np. glikogen u zwierząt czy skrobia u roślin.
• Tłuszcze są zapasowym źródłem energii, a także materiałem budulcowym.
• Białka pełnią głównie funkcje budulcowe. W niektórych sytuacjach mogą być też źródłem energii.

Inne przemiany metaboliczne

Metabolizm cukrów

Cukry są podstawowym źródłem energii. Mogą jej też dostarczać wielocukry – skrobia i glikogen. Jednak najczęściej wykorzystywany przez organizm jest cukier prosty – glukoza.

Glukoza

• Glukoza jest głównym substratem procesów uzyskiwania energii zarówno w warunkach tlenowych, jak i beztlenowych.
• Glukoza jest podstawowym związkiem wykorzystywanym przez mózg przy zrównoważonej diecie.

Nadmiar glukozy jest przekształcany w związki zapasowe. Gdy glukozy brakuje w organizmie, jest tworzona z innych związków w procesie nazywanym glukoneogenezą. U zwierząt glukoneogeneza zachodzi głównie w wątrobie i nerkach.

Związkami wykorzystywanymi w tym procesie są m.in.:

• kwas mlekowy, który powstaje w wyniku fermentacji mleczanowej w erytrocytach i mięśniach podczas intensywnego wysiłku.
• glicerol, który powstaje w komórkach tkanki tłuszczowej z rozpadu lipidów.
• niektóre aminokwasy pochodzące z białek dostarczanych z pokarmem, a w okresie głodu także z białek budujących mięśnie.

Glikogen

Glikogen jest wielocukrem zbudowanym z cząsteczek glukozy.

Gdy w organizmie jest niedobór glukozy, w mięśniach i wątrobie następuje rozkład glikogenu nazywany glikogenolizą.

Gdy w organizmie jest nadmiar glukozy, w mięśniach i wątrobie zachodzi synteza glikogenu.

Metabolizm tłuszczów

Tłuszcze są zapasowym źródłem energii, a także materiałem budulcowym, np. do budowy błon biologicznych czy hormonów sterydowych.

• Lipidy dostarczane z pożywieniem do organizmu to najczęściej triglicerydy.
• Przy dużym zapotrzebowaniu organizmu na energię triglicerydy są rozkładane w komórkach tkanki tłuszczowej na glicerol i kwasy tłuszczowe. Powstałe produkty są wykorzystywane w innych przemianach.
• Glicerol jest substratem w glukoneogenezie lub zostaje przekształcony w komórkach wątroby w pirogronian – wykorzystywany w oddychaniu komórkowym.
• Kwasy tłuszczowe są utleniane w mitochondriach do acetylo- CoA, który jest włączany do cyklu Krebsa.
• W wyniku utleniania kwasów tłuszczowych powstają także zredukowane przenośniki elektronów NADH i FADH2, które transportują elektrony na łańcuch oddechowy.

Schemat utleniania kwasów tłuszczowych

W wyniku utleniania kwasów tłuszczowych jest uwalniana większa ilość energii niż w wyniku utleniania glukozy.

Metabolizm białek

Białka pełnią głównie funkcje budulcowe. W niektórych sytuacjach mogą być też źródłem energii.

• Dostarczane z pokarmem białka są rozkładane do aminokwasów, a następnie wykorzystywane np. do syntezy białek budujących organizm oraz enzymów.
• W wyjątkowych sytuacjach (nadmiar białek w pożywieniu, intensywny wysiłek lub długotrwały głód) aminokwasy są rozkładane na amoniak i inne związki – ketokwasy.
• Amoniak – związek toksyczny, jest przekształcany w mocznik (cykl mocznikowy) i usuwany z organizmu.
• Inne związki – ketokwasy, są przekształcane do związków pośrednich oddychania komórkowego, np. pirogronianu, acetylo-CoA.

Dziękujemy za uwagę!