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), SO₂ (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 reakce. Uplatnění 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

2. 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
8792.  

– redukovaná forma kofaktoru, schopen navázat H

– regenerace odštěpením H

3384.  
2. Přenašeče elektronů

Hem- hemoglobin, myoglobin, cytochromy dýchacího řetězce

– Fe^II při přenášení na Fe^III

3. 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