Celični metabolizem

• druga beseda za metabolizem je presnova

• vse kemijske reakcije v celici, pospešujejo jih katalizatorji (encimi).

• metabolna pot je zaporedje več biokemijskih reakcij, pri katerem nastajajo določene snovi.

• produkt ene reakcije je substrat za naslednjo reakcijo:

  • linearna metabolna pot

  • ciklična metabolna pot

• ločimo jih na anabolizem in katabolizem, ki sta kemično povezana procesa:

  • katabolizem ali razgradnja:

    • energija se sprošča

    • velike molekule se razgrajujejo v manjše

    • eksotermni procesi (energija se sprošča, veže v molekulah ATP, del energije pa se sprosti v obliki toplote)

    • celično dihanje (aerobno)

    • vrenje (anaerobno)

    • največkrat poteka oksidacija (snovi obdajajo elektrone)

  • anabolizem ali sinteza:

    • energija se porablja (iz katabolizma)

    • manjše molekule se sintetizirajo v večje

    • endotermni procesi

    • fotosinteza (aerobno)

ATP

• adenozin trifosfat

• univerzalni prenašalec energije

• energetsko bogata molekula

• energija se porablja za različne oblike celičnega dela

• vloga:

  • sinteza velikih molekul

  • aktivni transport, transport z vezikli

  • električno delo (npr. živčevje)

  • mehansko delo (npr. krčenje mišičnih vlaken)

• AMP- adenozin monofosfat

• ADP- adenozin difosfat

• hidroliza (razgradnja) ATP:

  • ATP + H2O => ADP + PO4 + E

• dehidracija (izgradnja) ATP:

  • ADP + PO4 + E => ATP

  • v tem primeru se voda odcepi

  • stalno se izgrajuje in razgrajuje- cikel ATP

• energija se prenese s fosfatno skupino iz ATP na drugo molekulo (fosforilacija), sodeluje kinaza

• reaktant fosforilira in tako dobi energijo da nastane produkt

• reaktivna in nestabilna molekula, shranjevanje energije je kratkočasno

Encimi

• biokatalizatorji (pospešujejo biološke procese)

• znižujejo aktivacijsko energijo

• aktivno mesto- mesto na površini encima, kamor se veže substrat (ključ in ključavnica)

• substrat- reaktant pri encimskih reakcijah

• encimi so beljakovine:

  • primarna, sekundarna, terciarna zgradba

  • prostorska ureditev- denaturacija

• imajo beljakovinski in nebeljakovinski del (kofaktor)

• če je kofaktor:

  • organska snov- koencim

  • anorganski ion- kofaktor

  • vitamini so pogosto del koencimov (v vodi topni in netopni)

• model inducirane prilagoditve:

  • razlaga delovanje encima

  • končnica aza- npr. saharaza (encim)

  • končnica oza- npr. saharoza (substrat)

  • encim oslabi vez v substratu in pospeši njegovo razgradnjo

  • deluje znotraj in izven celic

• poimenovanje encimov:

  • končnica -aza

  • po substratu

  • po vrsti reakcije

  • stara imena

  • po vezeh

Dejavniki za Hitrost Encimske Reakcije

• temperatura (z naraščanjem se hitrost spreminja, npr. pri človeku je optimalnih 36,6 stopinj)

• količina encima:

  • več kot je encima, hitreje teče reakcija

  • ob konstantni količini encima z dodajanjem substrata hitrost reakcije narašča, dokler niso vse encimske molekule zasedene (potem ne narašča več)

• pH:

  • večina deluje najbolj v nevtralnem okolju

  • če ni ustrezen pride do denaturacije

• vpliv inhibitorjev:

  • tekmovalni- veže se na aktivno mesto

  • netekmovalni- spremeni strukturo encim

  • povratno zaviranje s produktom

Presnovna Pestrost

• vsi organizmi za delovanje potrebujejo vir ogljika in energijo

• glede na vir ogljika ločimo:

  • CO2- avtotrofi:

    • anorganski CO2 je vir iz okolja

    • hrano si izdelajo sami- potrebujejo energijo

    • rastline, bakterije, alge…

• organske snovi- heterotrofi

  • fotoavtotrofi- vir je svetlobna energija, vršijo fotosintezo, npr. alge, bakterije, rastline, cianobakterije

  • kemoavtotrofi- vir so kemijske reakcije, vršij kemosintezo, npr. nitrifikacijske bakterije v tleh

Fotosinteza

• sinteza organskih snovi iz anorganskih, s pomočjo svetlobne energije

• enačba fotosinteze zelenih rastlin:

6 CO2 + 6 H2O ---> C6H12O6 + 6 O2

• vir elektronov je voda

• barvilo: klorofil

• kisik je stranski produkt

• enačba fotosinteze bakterij (cianobakterije)

6 CO2 + 12 H2S ---> C6H1206 + 12S + 6 2OH

• vir elektronov je vodikov sulfid

• barvilo: bakterioklorofil

• voda potuje po ksilemu proti krošnji (prevodno tkivo- osmoza)

• glukoza potuje po floemu

• fotosinteza poteka v dveh sklopih reakcij:

  • svetlobne reakcije:

    • potekajo na tilakoidnih membranah

    • vstopa voda in iz vode se sprošča kisik

    • svetlobna energija se spremeni v energijo ATP

    • nastaja tudi NADPH+H+

  • temotne reakcije

    • potekajo v stromi

    • iz ATP nastane ADP

    • prozivaja se C6H12O6

    • NADPH+H+ se pretvori v NADP+ (prenaša elektrone)

    • nastane s pomočjo ATP, ki elektrone iz CO2 spremeni v glukozo

• NADPH (nikotin amid dinukleotid fosfat) je prenašalec vodikov, sodeluje v reakcijah redukcije in oksidacije

NADP + 2H <-> NADPH + H+

Svetlobne Reakcije

• svetlobno energijo vsrkajo elektroni klorofila a in se izbijejo iz klorofila (“energetični”)

• izbiti elektroni se prenašajo po proteinskih prenašalcih v tilakoidni membrani do NADP+, ki sprejme elektrone in se reducira v NADPH

• pri prenosu elektronov po prenašalcih do NADP+ se sprošča energija, ki se porabi za črpanje protonov (H+) iz strome v notranjost tilakoid

• nastane protonski gradient

• ko protoni potujejo skozi encim ATP-sintazo nazaj v stromo se s kemiosmozo sintetizira ATP

• nastanku ATP v procesu fotosinteze rečemo fotofosforilacija

• manjkajoče elektrone na klorofilu nadomestijo elektroni, ki se sprostijo iz vode pri fotolizi vode (razpad vode s pomočjo svetlobe)

fotosintetska barvila

• fotosintetska barvila absorbirajo vidno svetlobo v obliki fotonov. Vidna svetloba je elektromagnetno valovanje dolžin od 380-750 nm.

• glavno barvilo:

  • klorofil a: sposoben pretvorbe svetlobne e v kemično z oddajanjem elektronov, najslabše absorbira zeleno barvo

• pomožna barvila:

  • klorofil b

  • karotenoidi

  • pomožna barvila omogočajo boljši izkoristek svetlobe, vsrkajo druge valovne dolžine in energijo prenesejo na klorofil a.

• klorofil a in pomožna barvila skupaj s proteini gradijo fotosistem, ki je vstavljen v membrano tilakoid

Temotne Reakcije

• tudi Calvinov cikel

• reakcije potekajo v stromi s pomočjo encimov

• energija ATP in NADPH se porabi za redukcijo CO2 v glukozo

• encim rubisco:

  • katalizira prvo reakcijo, vezavo CO2 v sladkor s 3C atomi

  • najpogostejša beljakovina na svetu

• ciklična metabolna pot

• glicaralhid fosfat- prvi produkt fotosinteze je trioza

CO2 + H2O -> C6H12H6 + O2

• presežke sladkorja rastlina začasno pretvori v asimilacijski škrob

  • ponoči se škrob razgradi do sladkorja in se v obliki saharoze transportira v dele, kjer se skladišči za daljši čas in se pretvori v založni škrob

  • iz vmesnih produktov nastajajo tudi druge snovi (celuloza, beljakovine, olja…)