biotechnologia


 
 

Metabolizm

Metabolizmem określa się ogół reakcji biochemicznych, jakie zachodzą w komórkach żywych organizmów i związane są z przepływem materii, energii oraz informacji. Wyróżnia się dwa podstawowe kierunki przemian metabolicznych: anabolizm i katabolizm. Zachodzą one równocześnie i są od siebie wzajemnie uzależnione. Wszystkie procesy metaboliczne przebiegają z udziałem enzymów, a na ich intensywność wpływają liczne czynniki.


Anabolizm

Anabolizm są to wszystkie reakcje prowadzące do powstawania złożonych związków organicznych, np. białek, węglowodanów i tłuszczy. Procesy te uczestniczą w budowaniu tkanek oraz organów i przez to przeważają u młodszych osobników. Do swojego przebiegu wymagają one zewnętrznego nakładu energii, która następnie gromadzona jest w produktach reakcji. Poziom energetyczny prostych substratów jest zatem niższy niż nowopowstałych związków. Typową reakcją anaboliczną jest proces asymilacji CO2 w przebiegu fotosyntezy:

6CO2 + 6H2O => C6H12O6 + 6O2

Katabolizm

Katabolizm jest przeciwieństwem anabolizmu. Obejmuje on wszystkie reakcje rozkładu złożonych związków organicznych i zwykle przeważa u starszych osobników. Produkty reakcji zawierają w sobie mniejszy zapas energii niż użyte do jej przebiegu substraty. Nadmiar energii gromadzony jest zazwyczaj w wiązaniach adenozynotrifosforanu (ATP), a następnie wykorzystywany przez komórkę w trakcie pracy mechanicznej (skurcz mięśni), elektrycznej (przewodzenie impulsów) oraz osmotycznej (transport wbrew gradientowi stężeń). Przykładem reakcji katabolicznej może być oddychanie komórkowe, czyli inaczej utlenianie biologiczne, zarówno tlenowe jak i beztlenowe:

C6H12O6 + 6O2 => 6CO2 + 6H2O + 2877 kJ

C6H12O6 => 2CO2 + 2C2H5OH + 93 kJ



Rys.1 Przemiany energii w procesach metabolicznych

Adenozynotrifosforan (ATP)

ATP jest nukleotydem, czyli organicznym związkiem chemicznym zbudowanym z adeniny, rybozy i trifosforanu. W 1941 roku Fritz Lipmann i Hermaa Kalcker odkryli, że jest on wykorzystywany przez komórkę jako uniwersalny przenośnik energii niezbędnej do przebiegu wielu biochemicznych reakcji endoergicznych.
Kumulowana w jego wysokoenergetycznych wiązaniach fosforanowych energia uwalniana jest w procesie hydrolizy do ADP (adenozynodifosforanu) i ortofosforanu (Pi):

ATP + H2O <=> ADP + Pi + H+ (-30,6 kJ/ mol)

lub do AMP (adenozynomonofosforanu) i pirofosforanu (PPi):

ATP + H2O <=> AMP + PPi + H+ (-30,6 kJ/ mol)

ATP, AMP i ADP mogą ulegać wzajemnym przemianom. Przykładowo kinaza adenylanowa katalizuje reakcję:

ATP + AMP <=> ADP + ADP

ATP nie jest długookresową formą magazynowania energii swobodnej, a jedynie bezpośrednim jej donorem w układach biologicznych. Zarówno tworzenie się, jak i zużywanie ATP są procesami ciągłymi.
Poziom ATP i innych kluczowych metabolitów można poddawać bezinwazyjnym badaniom za pomocą jądrowego rezonansu magnetycznego.



Rys.2 Budowa cząsteczki adenozynotrójfosforanu (ATP)

Synteza ATP odbywa się głównie w mitochondriach i polega na fosforylacji ADP. Reakcje te wymagają nakładu energii uzyskiwanej ze światła (organizmy fototropiczne) lub pochodzącej z utleniania prostych związków nieorganicznych (organizmy chemotropiczne).
Wyróżnia się trzy typy fosforylacji:

fotosyntetyczną (cykliczną i niecykliczną) - synteza ATP kosztem energii dostarczonej przez kwanty światła i wyzwolonej w fazie świetlnej fotosyntezy wyniku przepływu przez szereg przenośników:

ADP + Pi + energia świetlna => ATP

oksydacyjną - synteza ATP zachodząca z udziałem energii powstałej w łańcuchu oddechowym, w trakcie transportu protonów i elektronów na tlen:

ADP + Pi + NADH2 +1/2 O2 => ATP + NAD+ + H2O

substratową - synteza ATP z ADP i Pi w wyniku bezpośredniego utleniania substratu np. kwasu 3-fosfoglicerynowego do pirogronianu w procesie glikolizy:

wysokoenergetyczny substrat + Pi + ADP => niskoenergetyczny produkt + ATP


NADPH

Oprócz ATP w komórkach potrzebna jest również siła redukcyjna. Jest nią NADPH, który dostarcza elektronów niezbędnych do większości biosyntez redukcyjnych, czyli tworzenia się składników komórkowych z prekursorów o wyższym stopniu utlenienia. Podobnie jak ATP, NADPH tworzony jest i zużywany w procesie ciągłym.


Regulacja procesów metabolicznych

Szlaki biosyntezy i rozkładu różnią się między sobą i przeważnie zachodzą w odrębnych przedziałach komórkowych, np. utlenianie kwasów tłuszczowych przebiega w mitochondriach, natomiast ich synteza w cytozolu. Rozbieżności te są konieczne ze względów energetycznych i umożliwiają kontrolowanie zachodzących procesów, np. za pomocą regulacji dostępności substratów, ilości enzymów (tj. szybkości ich syntezy i degradacji) lub ich katalitycznej aktywności (np. odwracalna kontrola allosteryczna lub odwracalna modyfikacja kowalencyjna).
Wiele reakcji metabolicznych regulowanych jest również przez stan energetyczny komórki, który zależy od proporcji między poziomem ATP, ADP i AMP. Duży ładunek energetyczny hamuje szlaki kataboliczne (wytwarzania ATP) i stymuluje szlaki anaboliczne (wykorzystujące ATP).


Anna Kurcek


Literatura:
1. Pyłka-Gutowska E., 2002. BIOLOGIA Vademecum Maturzysty. Wydawnictwo „OŚWIATA”, Warszawa.
2. Stryer L., 2003. Biochemia. Wydawnictwo Naukowe PWN, Warszawa.


Komentarze

Widok Uszereguj
Tylko zarejestrowani mogą dodawać komentarze. Zarejestruj się/Zaloguj

Podręcznik biotechnologii

Kto jest online

47 gości oraz 0 użytkowników online.

Jesteś niezarejestrowanym lub niezalogowanym użytkownikiem.


 
 
 
Partnerzy:

laboratoria.net Nauka w Polsce Academio Fundacja NanoNet BioCen - BioCentrum Edukacji Naukowej Notatek.pl cebioforum.com materialyinzynierskie.pl Wspieram.to - POLSKI KICKSTARTER - Polska platforma finansowania społecznoœciowego.Tu zrealizujš się Twoje pomysły. VitaInSilica Portal popularnonaukowy matura.biomist.pl

Portal: Redakcja . Współpraca . Kontakt . Polecamy



Wszystkie prawa zastrzeżone 2006-2016 e-biotechnologia.pl
stat4u