*Sveuilite u SplituPrirodoslovno-matematiki fakultetOdjel za kemiju

prof. dr. sc. Maja Pavela-Vrani

*Cilj predmeta:prouavanje kako sloene kemijske reakcije podravaju ivot

* Energiju koriste za:gibanjeaktivni prijenosbiosintezuamplifikaciju signala

Kemotrofni organizmi: dobivaju slobodnu energijuoksidacijom hranjivih tvari Fototrofni organizmi:hvatanjem svjetlosne energijeKolibri moe uskladititi dovoljno goriva zaneprekidni let preko Meksikog zaljeva ( 800 km)ivi organizmi trebaju stalan prilivslobodne energije

*

metan metanol formaldehid mravlja ugljikov kiselina dioksidGo (oksidacije) (kJ/mol) - 820- 703 - 523 -285 0

Masti i ugljikohidrati vaan su izvor stanine energije

Masne kiseline su bogatije energijom atomi ugljika u masnimkiselinama vie su reducirani od atoma ugljika u ugljikohidratima

masna kiselina glukozaOksidacija ugljikaide uz oslobaanje energije

*

Autotrofni organizmi (proizvoai) proizvode vlastitu hranu (sloene organske spojeve) iz jednostavnih anorganskih molekula

Heterotrofni organizmi (potroai) kao izvor ugljika koriste hranjive tvari

CO2 + H2Oorganskispojevi + O2autotrofniorganizmiheterotrofniorganizmiivi organizmi dijele se s obzirom naoblik ugljika koji koriste za dobivanje energije

ivi organizmi dijele se s obzirom na oblik ugljika koji koriste za dobivanje energije

autotrofni organizmi (proizvoai)proizvode vlastitu hranu (sloeneorganske spojeve) iz jednostavnihanorganskih molekula

heterotrofni organizmi (potroai)kao izvor ugljika koriste hranjivetvari (organske spojeve autotrofnih iheterotrofnih organizama)

CO2 + H2O

organskispojevi + O2

autotrofniorganizmi

heterotrofniorganizmi

*Lasica - brzi metabolizamLjenivacspori metabolizamuglavnom se hrani biljkamalat. acedia- apatija ili lijenost

provedu i vie od tjedan dana visei naglavce s istog stabla METABOLIZAMSkup svih pretvorbi tvari i energije koje se dogaajuu stanici ili u organizmu

*Opskrba i potronja energije,

sinteza molekula za izgradnju staninih struktura i molekula potrebnih za rad i funkciju stanice, za rast i razvoj,

odstranjivanje otpadnih proizvoda.Osnovna uloga metabolizmaCO2energijaO2H2Oglukozaklorofil

H2O

H2O

hranjivisastojci

CO2

O2

otpadnetvari

opskrba i potronja energije

sinteza molekula za izgradnju staninih struktura i molekula potrebnih za rad i funkciju stanice, za rast i razvoj

odstranjivanje otpadnih proizvoda

Osnovna uloga metabolizma

*

Biorazgradni metaboliki putovi = katabolizamsloeni metaboliti razgrauju se do jednostavnih produkata

energija, osloboena oksidacijom gorivih molekula, pohranjuje se u obliku ATP, NADH, FADH2, GTP, NADPH

razgradnja do zajednikih intermedijera

Biosintetski metaboliki putovi = anabolizam

Metabolizam je organiziran umetabolike putoveBIOSINTETSKE PRETEEaminokiseline, eerimasne kiseline, duikove bazeSTANINEMAKROMOLEKULEproteini, polisaharidilipidi, nukleinske kiselineENERGIJOM BOGATEHRANJIVE TVARIugljikohidrati, masti, proteiniENERGIJOM SIROMANIKRAJNJI PROIZVODIH2O, CO2, NH3KATABOLIZAM(oksidacijski,egzergoni)

ANABOLIZAM(redukcijski,endergoni)

Katabolizam

Anabolizam(biosinteza)

Hranjive tvari

CO2

ATP

ADP

NADP+

NADPH

Odravanje i rast

Biosintetski supstrati

*Metabolika karta

Metaboliki putovi sastoje se od niza uzastopnihenzimski-kataliziranih reakcijaPolazita, stanice, odredita, smjerovi, putovi, raskrija?

Katabolike reakcije konvergiraju prema zajednikom meuproduktu, dok anabolike reakcije divergiraju od zajednikog meuprodukta *MetabolizamlipidaMetabolizamugljikohidrataMetabolizamsloenih ugljikohidrataMetabolizamkofaktora i vitaminaMetabolizamnukleotidaMetabolizamostalihaminokiselinaMetabolizamaminokiselinaMetabolizamostalih tvariMetabolizamlipidaEnergijskimetabolizam Everything should be made as simple as possible, but not simpler Albert Einstein

Metaboliki putovi isprepliu se preko zajednikih meuprodukata (intermedijera)

Metabolizam je skup metabolikih sustavaATP

steroidni fosfolipidi hormoni izopentenil triacilgliceroli masne pirofosfat kolesterol une kiseline soli

krob alanin fenil- mevalonat vitamin K esterificirani alanin kolesterol ACETATglikogen glukoza piruvat (acetil-CoA) acetoacetil-CoA

saharoza serin leucin masne kiselinetriacilgliceroli

izoleucin CDP-diacilglicerol fosfolipidi

CLK

*Enzimski katalizirane reakcijeNekatalizirana reakcija- visoka energija aktivacije

Dio slobodne energijepohranjuje se u oblikuaktiviranih nosaa(ATP, NADH) Sva slobodna energija seoslobaa u obliku topline;ne skladiti se !Postupna oksidacija eera u staniciIzravno sagorijevanje eeraeereerSlobodna energijaPostupna oksidacija koja se odvija u stanici omoguava visoko iskoritenje energije pohranjene u hrani

*

Adenozin-trifosfat (ATP)

ATP je univerzalna valuta slobodne energije u biolokim sustavima

ATP je glavni neposredni izvor slobodne energije

ATP nije skladini oblik slobodne energije

adeninanhidridne vezeGohidrolize = -30,5 kJ/mol

ribozaEnergija gorivih molekula ne predaje se izravnoendergonim metabolikim procesimaesterska vezaGo hidrolize= -14 kJ/mol

ATP + H2O ADP + Pi

ATP + H2O AMP + PPiPPi + H2O 2Pi

aA + bB cC + dD

G ovisi o prirodi reaktanata i njihovoj koncentraciji

[C]c [D]d G = Go + RT ln [A]a [B]b

Go = standardna promjena slobodne energije kod pH 7

Standardno stanje biokemijskih reakcijapH = 7, t = 25 oC, aktivitet H+ iona (pH 7) = 1

Go hidrolize ATP = - 30,5 kJ/mol

U stanici: G hidrolize ATP - 50 kJ/mol

*Gje promjena slobodne energije pri uvjetimakoji vladaju u stanici

*

(1) A B + CG1o = +10 kJ/mol(2) CD G2o = -30 kJ/mol

(3) A B + D G3o = G1o + G2o = -20 kJ/mol

Sprega termodinamski nepovoljne reakcije s termodinamski povoljnom reakcijom moe tu reakciju uiniti spontanom

Skup reakcija koji ini metaboliki put mora bititermodinamski povoljan (negativna promjena slobodne energije)

*hranjive tvari + O2CO2 + H2O+PiproduktireaktantiendergonereakcijeegzergonereakcijeATP-ADP ciklus:glavni oblik energetske razmjene ubiolokim sustavima

Bazalni metabolizamBazalni metabolizam: najmanja koliina energije potrebna za odravanje osnovnih ivotnih funkcija u stanju mirovanja pri vanjskoj temperaturi od 20 oC

BMR (basal metabolic rate)

eneBMR u kcal/dan = 655 + (9,6 x teina u kg) + (1,8 x visina u cm) - (4,7 x starost u god)

MukarciBMR u kcal/dan = 66 + (13,7 x teina u kg) + (5 x visina u cm) - (6,8 x starost u godinama)

Stvarno potrebna koliina energije:bez fizike aktivnosti: BMR x 1,2lagana fizika aktivnost: BMR x 1,37umjerena fizika aktivnost: BMR x 1,55 fizika aktivnost: BMR x 1,73trening: BMR x 1,9

*

*Energija gorivih molekula oslobaa seu tri stupnjaHidroliza sloenih molekulana graevne podjedinice

Razgradnja dojednostavnih metabolita

Oksidacija acetil-CoA putem CLK,prijenos elektrona na NAD+ i FAD,oksidacijska fosforilacija do ATPI. stupanjII. stupanjIII. stupanjgliceraldehid-3-fosfatCikluslimunskekiselinepentozeheksoze

*linearni putprodukt reakcije je supstrat slijedee reakcije A B C D E

cikliki putintermedijeri se obnavljaju

spiralni putisti skup enzima djelujeviekratnoABCDEVrste metabolikih putova

*Obiljeja metabolikih reakcijaest osnovnih skupina kemijskih reakcijarelativno jednostavni reakcijski mehanizmi

1. Oksido-redukcijske reakcijepiruvatlaktat2e- + 2H+2e- + 2H+

*2. Reakcije u kojima nastaje kovalentna veza (na pr. C-C veza)

aldozaketozapiruvatoksaloacetat3. Izomerizacija

*4. Prijenos skupine5. Hidroliza6. Adicija na dvostruku vezu, eliminacijaglukozaglukoza-6-fosfatgalaktoza glukozalaktoza

*Biosintetski i razgradni putovi gotovo uvijeksu razdvojeniodvijaju se u specifinim staninimodjeljcimameusobna pretvorba metabolita odvija serazliitim putovima i katalizirana je razliitim enzimima

Nezavisna kontrola brzine reakcije: inhibicija enzima E1 ne utjee na enzim E2

Usporavanje reakcije AX,usporava i reakciju XAMetaboliki putovi regulirani su preko enzima koji kataliziraju kljune ireverzibilne korake

*Mnoge metabolike reakcije regulirane su energijskim nabojem stanice

ATP + ADP Energijski naboj = __________________________ ATP + ADP + AMP

U fiziolokim uvjetima zbrojATP + ADP + AMPje konstantan

Vrijednost energijskog naboja:0 (samo AMP) - 1 (samo ATP)

*CILJ

*