Czynności komórki - Uniwersytet Śląski

1

Czynności komórki

Biologiczne podstawy zachowania dla studentów psychologii

PŁ, KFZiE, UŚ 2009/2010

Materialne podłoŜe Ŝycia

śycie jest formą istnienia białka … (F.Engels)

Białkowe Narzędzia śycia - klasyfikacja białek na typy czynnościowe(białka spełniają róŜne funkcje spośród poniŜszych kategorii):

• budulcowe (keratyna, kolagen ...)

• enzymatyczne (pepsyna, cytochromy ...)

• hormonalne i neuroprzekaŜnikowe(insulina, hormon wzrostu, endorfiny, ...)

• receptorowe błonowe(receptor androgenów, receptory opiatowe /morfiny/ ...)

• antygenowe(antygeny A, B, Rh ...)

• przeciwciała(aglutyniny, lizyny ...)

• transportowe, w tym: kanały błonowe (kanał sodowy, ... ); pompy błonowe (pompa sodowo-potasowa, ...;), nośniki błonowe ...

2


Enzymy – prosty przykład dalszej komplikacji

Enzym czyli biologiczny, białkowy katalizator przyśpieszający reakcje chemiczne tysiące razy, niezbędny do METABOLIZMU

Główne klasy enzymów (wg IUPAC 1960)

• Oksydoreduktazy w tym: dehydrogenazy (np. bursztynianowa), katalaza …

• Transferazy w tym: AlAT i AspAT (oznaczane w krwi)AChE (cholinoestraza), kinazy (CPK - kreatyniny)

• Hydrolazy w tym: ATP-azy (np. mięśniowa i Na,K-ATP-aza)i enzymy trawienne, jak pepsyna, amylaza …

• Liazy (w tym syntazy) w tym: syntaza cytrynianowa, dekarboksylazy

• Izomerazy

• Ligazy (syntetazy) w tym: syntetaza AcCoA


I co z tego? Po co to komu?

Centralny Dogmat Biologii Molekularnej • Reakcje chemiczne, biochemiczne i procesy fizjologiczne w

komórkach polegają na wzajemnym oddziaływaniu cząsteczek chemicznych mających dopasowane do siebie kształty oraz uzupełniające własności fizyczne

• Kształt współoddziałujących cząsteczek musi sobie wzajemnie odpowiadać.Zasada: klucz - zamek Zasada dopasowywania wzajemnego „ręki i rękawiczki”

• Dogmat dotyczy interakcji: * enzymu z substratem, * hormonu lub mediatora z receptorem (białkiem) błonowym, * antygenu z przeciwciałem (immunoglobuliną), * białka transportowego (kanału, pompy) z przenoszoną substancją* trucizny z wraŜliwymi strukturami (enzymy, receptory, kanały)

Zatem jest to podstawa fizjologii, farmakologii i TOKSYKOLOGII

3

Metabolizmśeby pracować trzeba wydatkować energię.

Metabolizm = Katabolizm (Dysymilacja) + Anabolizm (Asymilacja)(wyzwala energię) (magazynuje energię w ciele)

Metabolizm = reakcje (bio)chemiczne katalizowane przez enzymy

Powtórka z chemii• Reakcje chemiczne - równowaga reakcji

• Reguła przekory wg Le Chateliera i Brauna (układ w równowadze przeciwdziała zaburzeniu składu lub warunków fizycznych)

• Kataliza – katalizatory (w tym enzymy – patrz wcześniej)

• Próg energetyczny reakcji ( „enzymy obniŜają” )

• Kataliza enzymatyczna (specyficzność wzgl. substratu i reakcji, optimum temperatury)

MetabolizmUniwersalny nośnik energii metabolicznej

ATP czyli trudne słowo … i trudne procesy

• ATP - 12-16 kcal/mol (7 kcal/mol wiązania estrowego - 3-8 x więcej niŜ w innych wiązaniach)

Trzy sposoby odzyskania energii z ATP (zawsze hydroliza ATP-azą)

• ATP → AMP + Pi + Pi + 12-16 kcal/mol

• ATP → ADP + Pi + 7 kcal/mol

• ATP → AMP + PPi + 7 kcal/mol

Dwa sposoby „ładowania” energią ATP

• P-Cr + ADP → Cr + ATP

• Glukoza → 680 -738 kcal brutto → 40% w ATP = 266 kcal

4

Metabolizm

Uniwersalny nośnik energii metabolicznej

ATP czyli trudne słowo … i trudne procesy

1 mol ATP ~ 550 g ATP

1 mol ATP ~ 7 kcal (29 kJ)

U człowieka średnia przemiana (SDPM) na dobę:

SDPM = ~2 000 kcal/d = ~120 mol ATP/d (bo 40%)= ~60 kg ATP/d

Metabolizm - oddychanie

ODDYCHANIE

SPALANIE WODORU W TLENIE

Skąd wodór?

Skąd tlen?

Jak to się robi?

5

Metabolizm - oddychanieOddychanie czyli przykład na proces kataboliczny

Oddychanie czyli jeden ze sposobów na „ładowanie energii” do ATP

Oddychanie, tak jak się je rozumie w przedszkolu

• glukoza + tlen � dwutlenek węgla + woda + energia (w ATP)

• C6H12O6 + 6 O2 � 6 CO2 + 6 H2O + 680-738 kcal brutto/mol

lub 266 kcal netto/mol

czyli 38 mol ATP/mol

Oddychanie (komórkowe), tak naprawdę,cztery kolejne procesy biochemiczne wewnątrz komórki:1. glikoliza 2. cykl kwasów trojkarboksylowych3. transport elektronów w łańcuchu oddechowym 4. fosforylacja oksydatywna

Metabolizm - oddychanieOddychanie komórkowe po kolei – miejsce akcji

Komórka Mitochondrium

śródło: Wikipedia / Ściaga

Łańcuch oddechowy

6

Metabolizm - oddychanieOddychanie komórkowe po kolei

1. Glikoliza - układ zasilania w paliwo suroweczyli przekształcenie glukozy w kwas pirogronowy z niewielkim zyskiem ATP:

2 × [NAD+ →→→→ NADH+H+] Glc →→→→ Fru-1,6-dwu P →→→→ 2 ald. P-glic. →→→→ 2 kw. 1,3-dwu P-glic. →→→→ 2 kw. pirogr. 2 ATP →→→→ 2 ADP 2 × [2 ADP →→→→ 2 ATP]

2. Oddychanie beztlenowe (fermentacja) – rozwiązanie awaryjneczyli sposób na zagospodarowanie trującego pirogronianu (jak się nie da go zagospodarować inaczej) z wytworzeniem mniej trującego mleczanu:

2 × [NAD+ →→→→ NADH+H+] 2 × [NADH+H+ →→→→ NAD+] Glc →→→→ 2 ald. P-glic. →→→→ 2 kw. 1,3-dwu P-glic. →→→→ 2 kw. pirogr. →→→→ 2 kw. mlekowy 2 ATP →→→→ 2 ADP 2 × [2 ADP →→→→ 2 ATP]

ADP

C3-P

C3-P

C6

n×C6

ADPATP

Pi

P

|

C6|

P

C6-P

ATPADP

C3

C3

C3

C3

C3-P

ATPH2OATP

ADP

P

|

C3|

P

NADH+H+

NAD

HS-CoAPi

Glikoliza

W kaŜdym podręczniku biologii od gimnazjum wzwyŜ omówione dokładniej!

7

Metabolizm - oddychanieOddychanie komórkowe po kolei

3. CTK - Cykl Kwasów Trójkarboksylowych - mechanizm uzyskania paliwa

wodorowego, z którego dopiero później będzie poŜytek:

CH3COCOOH + CoA-SH + 4 NAD+ + FAD + GDP + Pi + 2 H2O + „C4” →→→→

→→→→ CoA-SH + 3 CO2 + 4 (NADH + H+) + FADH2 + GTP + „C4”

Bilans wodorów w cyklu kwasów trójkarboksylowych:

• Przychód [H]: 4 z pirogronianu + 2 z GTP i Pi + 4 z 2 H2O = 10 [H]

• Rozchód [H]: 8 w 4 [NADH+H+] + 2 w FADH2 = 10 [H] (i to jest zysk do wykorzystania w kolejnym etapie)

4. Łańcuch Przenośników Elektronów i Fosforylacja Oksydatywna- system kontrolowanego spalania wodoru w tlenie i przechwycenia energii:

SubH2 →→→→ NAD+ →→→→ FAD →→→→ CoQ →→→→ 2 ×××× {cyt b →→→→ cyt c →→→→ cyt a} →→→→ 1/2 O2

2 H+ + 2 e- + 1/2 O2 + 3 ADP + 3 Pi →→→→ H2O + 3 ATP

H2O

H2O

CO2

CO2

FADH2NAD+

NAD+

NADH+H+

NAD+

NADH+H+

NADH+H+

FADH2

FAD

GDP

GTP

NADH+H+

NAD+

HS-CoA

HS-CoA

HS-CoA

C2-CoA

C3

CO2

C6C6

C5

C4

C4

C4

C4

Cykl Krebsa


8

Mitochondrialny łańcuch oddechowy


NADH+ H+

NAD+

H+

FADH2

H2O

H+

H+ADP+ Pi

ATP

Kompleks IDeh. NADH

Kompleks IIDeh. bursztyn.

KoenzymQ

Kompleks IIIOks-red CoQ/cyt C.

Kompleks IVOksydaza

cytochromowa

CytochromC

Kompleks VSyntaza ATP

½O2

FAD

Zewnątrz � cytoplazma

Miedzy błonami mitoch.

Wewnątrz � macierz mitoch.

e-

Metabolizm - oddychanie

Oddychanie mitochondrialne:

Bilans energetyczny oddychania mitochondrialnego z glikolizą: • Aktywacja: – 2 ATP/Glc• Glikoliza: + 4 ATP/Glc + 2 (NADH+H+)/Glc• CKT: + 2 GTP/Glc + [8 (NADH + H+) + 2 FADH2] /Glc• Fosforylacja: 2 × 3 ATP/(NADH+H+) + 8 × 3 ATP/(NADH+H+) + 2 × 2 ATP/FADH2

= (34 + 4) ATP = 38 ATP • Razem: (34 + 2 + 4 - 2) ATP = 38 ATP

( – 2 ATP - transport w mitochondrium) 266 kcal/mol Glk, 40% brutto

Beta Oksydacja Wolnych Kwasów Tłuszczowych:

CH(2n+ 1)-CH2CH2COOH + 2 HS-CoA + ATP + FAD + NAD+ + H2O →→→→

→→→→ CH(2n+1)-CO-S-CoA + CH3CO-S-CoA + ADP + Pi + FADH2 + NADH + H+

Bilans wodoru w beta-oksydacji: • Przychód: 2 od węgli alfa i beta, 1 z -COOH i 2 z 2 HS-CoA, 2 z H2O, • Rozchód: 2 w FADH2, 2 w NADH+H

+ , 1 w CH3CO-S-CoA, 2 w ADP i Pi

9

MetabolizmAnabolizm czyli na co przeznaczyć uzyskaną energię

Przykłady Reakcji Anabolicznych: • Glukoneogeneza:

mleczan →→→→ glukoza →→→→ glikogen • Lipogeneza:

aminokwasy/cukrowce →→→→ ketokwasy →→→→ tłuszcze• Sterydogeneza, synteza porfiryn i prostaglandyn:

aminokwasy + (cukrowce/tłuszczowce) →→→→

→→→→ porfiryny, steroidy, prostaglandyny• Synteza zasad azotowych:

aminokwasy + akt.octan →→→→ puryny, pirymidyny • Synteza mocznika:

2 NH3 + CO2 →→→→ (NH2)2CO• Synteza białka:

osobna dłuŜsza opowieść .................

Zasady ogólne procesów biosyntetycznych: • synteza związków wielkocząsteczkowych w komórce ze zw. drobnocząsteczkowych, • substraty - nieliczne związki podstawowe, • szlaki syntez róŜne od szlaków rozpadu, (przedziałowość) • synteza na koszt ATP, • produkty syntez specyficzne gatunkowo i osobniczo

PobudliwośćPobudzenie komórki

Komórki mogą być pobudzane przez róŜne bodźce:przede wszystkim

- elektryczne (przepływ prądu � zmianę potencjału)

i

- chemiczne (mediatory, hormony … i inne)

a takŜe - mechaniczne (rozciąganie)- świetlne


10

PobudliwośćPobudzenie komórki

Komórki mogą być pobudzane poniewaŜ w ich błonie znajdują się białka, które mogą odbierać pobudzenia i reagować na nie zmianą stanu:

- kanały błonowe(które pozwalają przemieszczać się jonom)

- receptory błonowe (które wykrywają obecność konkretnych substancji chemicznych)

- enzymy(które przyspieszają reakcje chemiczne)

Substrat Produkt

MediatorJon

S P


PobudliwośćZmiana stanu komórki moŜe polegać na:

- Zmianie jej potencjału błonowego (eletrogeniczna = jonoforowa)

- Zmianie jej metabolizmu(metabotropowa)

Godlewski i in. www.czytelniamedyczna.pl/images_np/20070409.jpg


11

PobudliwośćZmiana stanu komórki moŜe polegać takŜe na:

- na podziałach komórkowych

mejozie i mitozie


Czynności komórki - Uniwersytet Śląski

Documents

Transcript of Czynności komórki - Uniwersytet Śląski