Metabolismus

Zastoupení významných prvků a sloučenin v organismu a jejich uplatnění.

Biogenní prvky

  • nezbytné pro stavbu a činnost organismů
  • základní makroprvky (makrobiogenní prvky) – přibližně 95% hmotnosti organismu: C, H, N, O
  • ostatní makroprvky: P, S, Ca, Mg, Na, Cl, K, Fe
  • mikroprvky (mikrobiogenní prvky): Zn, Cu, Se, Cr, Co, Mn, Mo, I

Organismus – výchozí látky při vzniku živých systémů

  • anorganické látky (tvoří biomolekuly):                 CO2, H2O, NH3 (NO3, N2), SO(H2S)

lze získat z okolního prostředí

  • 20 aminokyselin, 5 monosacharidů, kyselina octová, 6 mastných karboxylových kyselin, glycerol, 2 purinové a 3 pyrimidinové báze, nikotinamid, cholin

Živé systémy  – složení

  • anorganické látky:  H2O, Na+, K+, Mg+II, Ca+II, Cl, HCO3, SO4-II, HPO4-II

stopové množství – ionty těžkých kovů

  • organické látky:
    • malé a střední molekuly: aminokyseliny, nukleotidy, cukry, lipidy, kofaktory enzymů (vitaminy), karboxylové kyseliny, aminy, močovina
    • velké molekuly: bílkoviny, polysacharidy, nukleové kyseliny

Uplatnění

  • stavba tkání (> vlastnosti): kosti a zuby (Ca, P)
  • součástí enzymů (Mg)
  • uchování informací (nukleové kyseliny)
  • zásobní látky (sacharidy, lipidy)
  • nervové vzruchy: stahy svalů (K, Na)
  • voda: 60-90% hmotnosti organismu, prostředí dějů, aktivní účast na dějích, rozpouští l., tepelná regulace, pohyb látek
  • lipidy: zásobní (energie), ochranná (obalení tukem), výstavbová (součást biologických membrán), váží vitamíny rozpustné v tucích (A, D, E, K)
  • sacharidy: zásoba (škrob, glykogen) a zdroj energie, zdroj uhlíku (houby), struktura buněk rostlinných pletiv (celulosa)
  • bílkoviny: stavební, zásobní, transportní, imunitní, syntéza DNA, membránové proteiny, katalyzátor
  • nukleové kyseliny: přenos genetické informace mezi generacemi, realizace genetické informace v buňce

Metabolismus.

  • soubor chemických reakcí probíhajících v každé buňce (soubor všech reakcí probíhajících v organismu)
  • substrát (VL) > enzymy (biokatalyzátory) > metabolity (P)

Charakteristické rysy metabolismu

  1. Velké množství, ale málo typů reakcí (viz. enzymy)
  2. Zásadní roli má 100 druhů molekul
  3. Metabolické dráhy, cykly
  4. Regulační systém – enzymy

Podmínky biochemických reakcí

  • tělesná teplota
  • atmosférický tlak
  • většinou pH 7 – neutrální prostředí (výskyt kyselin v podobě solí)

Přeměna hmoty na živý organismus

  • přísun energie a stavebního materiálu (vývoj, růst)
  • soubor reakcí zajišťující přísun energie a stavebního materiálu je látková přeměna neboli METABOLISMUS
    • probíhá uvnitř živého systému, nebo mezi živým systémem a prostředím

Děje

  • anabolické: skladné > biosyntéza – vnik nových složitějších látek
  • katabolické: rozkladné > přijímán materiál a energie
  • různá intenzita dějů v různých organizmech, částech organismů, typech (stáří) organismů

Katabolické a anabolické reakceUplatnění těchto reakcí.

  1. Anabolické (skladné)
  • syntéza (glukosa, ribosa, lipidy, bílkoviny)
  • redukce – aktivní látky
  • jednodušší látky > složitější
  • je třeba energii dodávat
  • děje endergonické
  • většinou redukce substrátu
  • fotosyntéza, syntéza mastných kyselin, proteosyntéza
  1. Katabolické (rozkladné)
  • štěpení živin na základní stavební jednotky
  • uvolňuje aktivní vodík
  • dodává energii anabolickým dějům (ve formě ATP)
  • exergonické děje
  • většinou oxidace substrátu
  • glykolýza, β-oxidace

Makroergní sloučeniny.

  • velké množství energie – makroergické vazby
  • bílkoviny, polysacharidy, nukleové kyseliny, ATP > fosforylace

Přenašeče vodíku a elektronů a jejich význam.

KOFAKTORY (nebílkovinné části enzymů – organické l., kovy, ionty – látky nízké hmotnosti)

  1. Přenašeče vodíkových atomů

– redukovaná forma kofaktoru, schopen navázat H

– regenerace odštěpením H

  1. Přenašeče elektronů

Hem- hemoglobin, myoglobin, cytochromy dýchacího řetězce

– FeII při přenášení na FeIII

  1. Koenzym A
    • přenašeč acylových zbytků (zbytek po odtržení OH skupiny)
    • acetyl = zbytek CH3COOH > acetylkoenzym A

Propojení metabolismu bílkovin, lipidů a sacharidů.

Trávení

dělení organismů:

  • dle zdroje energie
    • chemo: energie chemickou reakcí
    • foto: energie ze světla
  • dle zdroje uhlíku
    • organo: z organických látek
    • lito: z anorganických látek
  • dle prostředí
    • aerobní: potřebují kyslík
    • anaerobní: nepotřebují kyslík
  • člověk: chemoorganotrofní a aerobní

potrava:

  • vše co slouží k výživě organismu
  • bílkoviny, sacharidy, lipidy, vláknina, vitamíny, minerální látky, stopové prvky

trávení:

  • rozklad potravy na jednodušší látky pomocí hydrolytických enzymů
  • vznikají: nové sloučeniny/CO2/H2O/energie
  • sacharidů
    • škrob (hydrolytické štěpení, amylasy) > maltosa > glukosa
  • bílkoviny
    • aminokyseliny (hydrolytické štěpení peptidových vazeb, aminopeptidasy, endopeptidasy, karboxypeptidasy > tripeptidasa, endopeptidasa > dipeptidasa
  • triacylglyceroly
    •  tuky (hydrolytické štěpení, lipasa) > mastné kyseliny + monoacylglycerol

Fyzikálně-chemické děje v živých soustavách

Difúze

  • vyrovnávání koncentrací látek
  • nižší koncentrace > přechod částic do místa vyšší koncentrace (koncentrační spád)
  • hnací síla iontů a molekul
  • plynné a kapalné prostředí

Osmóza

  • samovolný průchod molekul polopropustnou membránou
  • snaha vyrovnat koncentrace
  • osmotický tlak  – pú koncentraci a teplotě
  • propuštěny pouze molekuly vody