Metabolismus
Souhrn všech enzymově katalyzovaných reakcí v organismu, které přeměňují základní živiny, probíhají organizovaně, integrovaně, s přesnou lokalizací, transportem a jsou regulovány.
Procesy, jimiž živé soustavy získávají volnou energii.
Soubor katabolických (rozkladných, degradačních) a anabolických (skladných, syntetických) procesů. Objevují se zde i amfibolické cesty, které mají charakter jak anabolický, tak katabolický. Zvláštním typem jsou reakce anaplerotické, které doplňují meziprodukty do hlavních metabolických procesů.
K syntetickým procesům je potřeba energie, která se získá při zpracování živin z potravy (př. uložené zásoby vlastního těla); nejdůležitější energií je ta, kterou organismus získá oxidací živin. Organismus postupně unifikuje rozmanitost sloučenin potravy, až z každého druhu živiny zůstane jen několik málo látek, nebo jen jediná.
Základní funkce[edit | edit source]
Energetická a Látková
Zajišťuje energii a stavební materiál na výrobu složek organismu a tyto složky také vyrábí. Na jeho konci vznikají odpadní produkty, což jsou pozměněné látky pro snadné vyloučení z organismu.
1. fáze: Polysacharidy se v GIT štěpí na monosacharidy
2. fáze: Buňka převede všechny monosacharidy na D-glukózu → glykolýza → pyruvát → acetyl-CoA. Převodem na acetyl-CoA vzniká potřebná unifikace (MK i AMK → acetyl-CoA), ale zisk volné energie ΔG v podobě ATP není tak veliký, aby stačil potřebám těla (jen tvorba tepla) => vysoký energetický zisk nutný pro endergonní (endotermické) reakce a pro práci se dosáhne úplnou oxidací (spálením) zbytku kyseliny octové (acetylu) na CO2 a H2O, což jsou konečné produkty metabolismu.
3. fáze: Látky se spalují prostřednictvím acetylkoenzymu A v citrátovém cyklu:
Strategie metabolismu[edit | edit source]
- Udržování ustáleného stavu – tok intermediátů metabolickou dráhou je konstantní (štěpení – syntéza)
- Získávání energie (tvorba ATP) – oxidací energeticky bohatých molekul / živin→ vznik NADH, FADH2 → dýchací řetězec → oxidativní fosforylace
- Tvorba NADH a NADPH – Hlavní donory elektronů v redukční biosyntéze
- Zisk prekurzorů pro syntézu makromolekul
- Zisk speciálních molekul – neuromediátorů, hormonů a různých faktorů
- Oddělené biosyntetické a degradační dráhy – obě dráhy musí být po celý čas termodynamicky výhodné
- Rychlost metabolických drah je ovlivněna spíše aktivitou klíčových enzymů
Zdroje volné energie pro tělo[edit | edit source]
- Oxidace NADH nebo FADH2 vytvořených v citrátovém cyklu
- Přenos H+ pocházejícího z živin a elektronů + molekulární kyslík → voda (koncový metabolický produkt všech organických látek)
- Přenos elektronů z redukovaných kofaktorů → koncový dýchací řetězec
- Energie uvolněná v průběhu řetězce vázána do ATP (adenosintrifosfát) prostřednictvím aerobní fosforylace
– Metabolismus AMK se liší, jelikož se z nich uvolní dusík ve formě toxického amoniaku, který se zpracovává v močovinovém cyklu na konečný netoxický produkt, kterým je močovina. Většina AMK se přemění na acetyl-CoA, nebo poměrně složitými cestami na složky citrátového cyklu (ketogenní AMK na acetoacetát)
– Konečným produktem purinů (nukleové kyseliny z potravy, těla) je kyselina močová
Vlastnosti metabolických drah[edit | edit source]
- Jsou nevratné
- Jsou regulované
- Probíhají na specifických místech = kompartmentace.
- Obsahují častý určující stupeň
Katabolické reakce[edit | edit source]
- Přeměna vysokomolekulárních látek z potravy na štěpy – štěpění látek uložených v těle
- Unifikace těchto fragmentů na jednoduché základní produkty (hlavně acetyl-CoA)
- Využití základních meziproduktů v citrátovém cyklu za vzniku CO2, NADH, FADH2
- Sled redox. reakcí; protony z hydrogenačních kofaktorů NADH a FADH2 se přenesou na O2 za vzniku H2O a značného množství použitelné energie v podobě ATP → koncový dýchací řetězec
Anabolické reakce[edit | edit source]
- Využití nízkomolekulárních struktur k tvorbě látek o vyšší molekulové hmotnosti
- K syntéze je nutno dodat energii
- Jako substrát se často využívá acetyl-CoA
Amfibolické reakce[edit | edit source]
Mají charakter jak anabolický, tak katabolický. Např. Krebsův cyklus – dochází k odbourávání acetylkoenzymu A a zároveň poskytuje vstupní produkty pro syntézu aminokyselin, hemu a jiných sloučenin
Anaplerotické reakce[edit | edit source]
Doplňují produkty do hlavních metabolických procesů. Např. syntéza oxalacetátu z puryvátu, meziprodukty citrátového cyklu
Základní způsoby regulace[edit | edit source]
Regulace množstvím enzymu[edit | edit source]
- Množství enzymu závisí na rychlosti jeho syntézy (proteosyntéza) nebo degradace
- Nastavení hladiny enzymů – indukce nebo represe
Katalytická aktivita enzymů[edit | edit source]
- Reverzibilní allosterická kontrola
- Allosterické enzymy mají více podjednotek
- Aktivní a neaktivní forma enzymu se liší ve 3D struktuře
- Navázání substrátu = aktivní forma
- Navázání inhibitoru = neaktivní forma
- Inhibitor = negativní efektor
- Aktivátor = pozitivní efektor
- Allosterickým regulátorem může být substrát reakce, metabolit, vzdálenější či konečný produkt řetězce.
- První reakce v mnoha syntetických drahách je inhibována koncovým produktem dané dráhy.
- Reverzibilní kovalentní modifikace
- Modulace fosforylací nebo defosforylací
- Modulace adenylací
- Připojení AMP k molekule enzymu
- Aktivace zymogenů
- NEvratná
- Typické pro enzymy trávení bílkovin.
- Z neaktivního proenzymu vzniká aktivní enzym – odkrytí aktivního místa sestřihem.
- Důležité jako ochrana produkujících buněk – působí až v lumen GIT
- Proteolytické štěpení enteropeptidázami
- Přeměna chymotripsinogenu na chymotripsin
- Aktivace systému hemokoagulace
Dostupnost substrátu[edit | edit source]
- Buněčná membrána:
Není stejně propustná pro všechny molekuly (např. Glc-6-P nemůže projít). Některé molekuly mají speciální transportní systémy vestavěné v membráně.
- Membrány organel uvnitř buňky:
Rozdílné typy mají rozdílnou propustnost. I zde se objevují speciální transportní systémy (př. při degradaci MK musí být MK transportována do mitochondrie prostřednictvím specifické transportní molekuly karnitinu)
Hormonální regulace[edit | edit source]
- Steroidní hormony způsobují expresi genu
- "První poslové" působí extracelulárně vazbou na membránový receptor. Odezvou je syntéza "druhého posla"
Další kontrolní mechanismy[edit | edit source]
- Oddělení metabolických drah
- Kompartmentace
- Orgánová specializace
- Inhibice enzymů
Termodynamika metabolických pochodů[edit | edit source]
- Je-li ΔG záporná, mají rekce spontánní průběh.
- ΔG < 0 reakce je exergonická (zvýšení neuspořádanosti vesmíru) → Volná energie výchozí látky je větší než volná energie produktu.
- ΔG > 0 reakce je endergonická (systému dodáme energii). Kdyby reakce Produkt → Výchozí látka proběhla, ΔG by byla větší než 0 a vesmír by se stal uspořádanějším. Proto tato reakce může proběhnout s jinou energeticky výhodnější reakcí.
Vysvětlivky[edit | edit source]
- NK = nukleové kyseliny (DNA, RNA)
- MK = mastné kyseliny
- AMK = aminokyseliny
Odkazy[edit | edit source]
Související články[edit | edit source]
- Metabolismus glykogenu
- Metabolismus aminokyselin
- Pentózový cyklus, metabolismus fruktózy, galaktózy a kyseliny glukuronové
- Metabolimus lipidů a lipoproteinů
- Hepatogenní diabetes a metabolizmus sacharidů
Externí odkazy[edit | edit source]
Zdroj[edit | edit source]
- WSÓL, Vladimír. Termodynamika biochemických reakcí [přednáška k předmětu Obecná biochemie, obor Farmacie, Farmaceutická fakulta UK]. Hradec Králové. 2011-03-08.
- WSÓL, Vladimír. Úvod do metabolismu [přednáška k předmětu Obecná biochemie, obor Farmacie, Farmaceutická fakulta UK]. Hradec Králové. 2011-03-09.
- WSÓL, Vladimír. Regulace metabolických dějů [přednáška k předmětu Obecná biochemie, obor Farmacie, Farmaceutická fakulta UK]. Hradec Králové. 2011-05-03.