Termodünaamika ja metabolism

1. Termodünaamika ja metabolism 01.09.2005

2. LOENG 3 Glükolüüs Enne loengut: meelde tuletada suhkrute nomenklatuuri ja struktuuri alused. Teada on vajalik: -D ja L rea suhkrud -aldoosid ja ketoosid -trioosid...heksoosid -struktuurid: glükoos, fruktoos, galaktoos

3. Metabolism Metabolism on protsesside kogum, millega elussüsteemid saavad ja kasutavad vabaenergiat vajalike protsesside läbiviimiseks Elusa süsteemi funktsioneerimiseks on vajalik seostada eksergoonsed toitainete lagundamise protsessid mitmesuguste endergooniliste protsessidega

4. Metabolismi kaart.

5. Metaboolsed rajad Seeria järjestikuseid biokeemilisi reaktsioone, mille tulemusel moodustub spetsiifiline lõppprodukt Katabolism- toitainete lagundamine lihtsamateks ühenditeks Anabolism- biomolekulide süntees lihtsamatest orgaanilistest ühenditest Katabolism on konvergeeruv, anabolism divergeeruv

6. Väga vähestest metaboliitidest sünteesitakse suur hulk biomolekule • Atsetüül-CoA • Püruvaat • Tsitraaditsükli vaheühendid • Kolm peamist metaboolset rada energia produktsioonil • Glükolüüs • Tsitraaditsükkel • Oksüdatiivne fosforüülimine

7. Mõned metaboolsed rajad osalevad nii katabolismis kui anabolismis. Selliseid radasid nimetatakse amfiboolseteks. Tsitraaditsükkel selliste tsüklite tüüpiline näide.

8. Kust saadakse energia ? Fototroofid- päikesevalgus Kemotroofid – orgaaniliste ühendite oksüdatsioon Mõlema strateegia korral kasutatakse vabanevat energiat universaalse vahendusmolekuli sünteesiks ATP

9. A + B  C + D G’ = -RT ln K’eq G°’ biokeemiline standardne vabaenergia muut. SO vabaenergia muut kui reaktantide ja produktide kontsentratsioonid on algselt 1.0M, temperatuur 25°C, rõhk 1atm ja H+kontsentratsioon 10-7 (pH 7.0).

11. ATP Energiakandja enamike biokeemiliste protsesside tarvis ATP + H2O -> ADP + Pi ATP + H2O -> AMP + PPi

12. Seostatud reaktsioonid

13. ATP & ADP retsükleerimine

14. Tioestrid (Atsetüül-CoA) Kõrge energiasisaldusega ühend Atsetüüli ja atsüüli kandja On kasutatav reaktsioonide suunamiseks Näit. GTP süntees GDPst

15. Redokareaktsioonid metabolismis Oksüdatsioon : elektronide loovutamine Redutseerumine: elektronide liitmine Paljude redoksreaktsioonide käigus toimub C-H sideme katkemine ja kahe siduva elektroni loovutamine.

16. Electronideülekanne hapnikule toimub ühe elektroni kaupa (Pauli printsiip) Seetõttu on NADH oksüdatsiooni aset leidev 2 elektroni ülekanne vajalik lahutada 1 elektroni ülekandega toimuvateks protsessideks. Selles osalevad stabiilset radikaalset vormi omavad flaviini derivaadid FMN or FAD ja tsütokroomid

17. NAD+ redutseerimine NADH-ks

18. Elektronide ülekandega seotud protsessid

19. Poolraku reaktsioonides on võimalik elektronide loovutamine või liitmine Elektroni doonor- redutseeriv agent Elektroni akseptor- oksüdeeriv agent

20. Nernsti võrrand- elektromotoorsejõu ja redokspotentsiaali seos DG = -w’ = -welec Welec = nFDE ehk DG = -nFDE F = Faraday konstant = 96,485 C/mol elektron DE0 = standardne redokspotentsiaal

21. Potentsiaalide mõõtmine ja

22. Ei ole olemas absoluutset referentspotentsiaali! Kokkuleppeliset on nullpotentsiaal elektroodil, mis on kontaktis plaatinaelektroodiga 1M H+. pH 7.0 juures on sellise elektroodi potentsiaal -0.421 V = Eo´. Selle suhtes mõõdavad biokeemikud teisi redokspaare

23. Metaboolsed rajad on pöördumatud Metaboolsete radade vabaenergia muut on piisavalt suure negatiivse väärtusega, mistõttu nad ei ole tasakaalulised. Kui kaks metaboolset rada on teineteise pöördreaktsioonideks (ühendist 1 ühendiks 2 võiühendist 2 ühendiks 1), ei saa need rajad kasutada täpselt identseid reaktsioone! Sõltumatud rajad tähendab ühtlasi sõltumatut kontrolli A 2 1 Kontrolli sõltumatus tuleneb vajadusest kontrollida eraldi ühendite 1 ja 2 hulka. Y X

24. Iga rada iseloomustab üks esimene unikaalne etapp committed stepon pöördumatu reaktsioon, mille tulemusena raja vaheühend on suunatud pöördumatult lõppprodukti sünteesi suunas. See etapp on tavaliselt raja reguleeritav reaktsioon. Kõik metaboolsed rajad on reguleeritavad Metaboliitide voog läbi raja on reguleeritud regulatoorsete ensüümide poolt, mis toimivad raja kontrollreaktsioonide katalüüsil. Metaboliitide voo kontroll võimaldab organismil adapteeruda keskkonna muutuvatele tingimustele.

25. Metaboolsed rajad eukarüootses rakus on sageli ruumiliselt isoleeritud ühte organelli ATP sünteesitakse mitokondris, kasutatakse suuresti aga tsütosoolis. Rasvhapped sünteesitakse tsütosoolis, lagundatakse mitokondris. Ruumiline eraldatus võimaldab pöördsuunas kulgevate radade efektiivsemat kontrolli ja intermediaate saab kontrollida membraantranspordi abil.

26. Metabolismi uurimise eksperimentaalsed meetodid ja ülesanded 1. Määrata kindlaks reaktsioonide järjekord, mis konverteeritavad lähteühendi lõppproduktiks 2. Individuaalsete muunduste mehhanism. 3. Metaboliitide voo reguleerimise analüüs. Inhibiitorid võimaldavad aru saada, kus mutantne rada on blokeeritud Kui rada inhibeerida teatud punktis, siis nende radade produktide hulk kasvab, mis asuvad enne blokki; kui inhibeerida enne konkreetset produkti, siis kontsentratsioon väheneb

27. Geneetiliste defektide tagajärjel võib toimuda metabolismi intermediaatide akumulatsioon

28. Analoogilise tulemuse võib saavutada suunatud mutageneesiga

30. Radioaktiivne märge