Metabolismus cukrů
existují redukující a neredukující cukry
metabolismus = soubor všech reakcí v živých org., zahrnující přeměnu látek i energie
3 typy metabolismu:
a) energetický
b) katabolický = (rozkladný); procesy, při kterých se za současného uvolnění energie štěpí složitější látky na jednodušší
většinou oxidace substrátu
c) anabolický = (syntetický); procesy, při kterých za současného spotřebování energie vznikají z jednodušších látek látky složitější
většinou redukce substrátu
makroergické sloučeniny = jejich prostřednictvím je uchovávána energie získaná při katabolických procesech, a posléze odevzdávána při dějích anabolických
ATP (adenosintrifosfát) = universální makroergická sloučenina
tvoří se z ADP (adenosintrifosfátu) navázáním zbytku kyseliny fosforečné při fosforylaci
v různých typech živých organismů pro něj existují různé postupy, odlišné jsou pro odbourávání cukrů a jejich syntézu
Odbourávání (katabolismus) cukrů
základní rozdíly mezi různými organismy jsou v tom, že některé zvládají pouze anaerobní odbourávání cukrů tedy postupy, které nevyžadují kyslík
jsou to postupy vývojově nejstarší a poskytují relativně malé množství energie
(droždí, výroba alkoholu, močály, jogurt...)
I.) Anaerobní fáze odbourávání cukrů
jedná se o složité mnohostupňové metabolické procesy, do kterých je na začátku nutné dodávat energii, ale i tato fáze má různé varianty
1. fází je rozklad složitějších cukrů na jednoduché cukry
voda → glukóza → pyruvát (sůl kyseliny pyrohroznové)
získané jednoduché cukry se sérií reakcí mění na sůl kyseliny pyrohroznové
tento postup je v podstatě pro všechny organismy stejný
chemotrofní organismy = jedná se o první bakterie, neumí fotosyntézu, nezískávají energii z cukrů
další postupy zpracování se mohou v různých organismech výrazně lišit
základní rozdíl je mezi alkoholovým kvašením a mléčným kvašením
produkt je alkohol (ethanol) či sůl kyseliny mléčné → dále probíhají další metabolické procesy
složitější cukr → jednoduchý cukr → sůl kys. pyrohroznové
→ mléčné kvašení
→ alkoholové kvašení
II.) Aerobní odbourávání cukrů
organismy, které ho zvládají obvykle zvládají i nějakou anaerobní metodu a obě varianty kombinují
většinu energie přitom získávají aerobním způsobem, z něj je zisk energie řádově vyšší
anaerobní → při námaze (sprint)
výroba pyrohroznové soli (bolesti svalů)
hlavní metabolická cesta spočívá v přeměně soli pyrohroznové kyseliny na CO2 a energii v tzv. citrátovém cyklu (krebsův cyklus)
energii organismus získává v chemické podobě, především jako molekuly ATP
např. člověk umí kys. mléčnou z anaerobního mechanismu přeměnit zpátky na sůl pyrohroznové kyseliny a tu vrátit do aerobního mechanismu
neudýchatelné → kvašení → laktáty → sůl. kys. pyrohroznové → aerobní organismus
Syntéza (anabolismus) cukrů
= jedná se o postupy spadající do 3 hlavních kategorií
1) fotosyntéza (zdroj energie)
2) výroba složitějších cukrů z jednodušších
3) syntéza cukrů z necukerných složek organického původu (chybí jednoduchý cukr → vyžaduje dodání vnější energie v biologické podobě) → pomocný postup organismů
1) fotosyntéza
sumární rovnice
6H2O + 6CO2 --- C6H12O6 + 6 O2
= je to reakce, která udržuje v chodu biosféru téhle planety
naprostá většina energie se do ní totiž dostává tímto způsobem
základní děj, kt. do biosféry dostává původně anorganicky vázaný uhlík
→ deštné pralesy, rostliny
vázání uhlíku ve formě uhličitanu vápenatého (mlži, koráli)
všechny detaily mechanismu fotosyntézy nejsou dodnes známé
lze rozdělit na 2 základní části:
a) světlostní = fotochemická
b) temnostní = čistě chemická
a) světlostní fotochemická fáze fotosyntézy
vznikají při ní sloučeniny obsahující energetický a chemický potenciál
jsou to molekuly s vysokým obsahem energie (biochemicky využitelné) a molekuly se silným redukčním účinkem
vzniká tam chemická směs, kt. je schopná provádět další procesy
energii pro tyto procesy získávají organismy ze světelného záření s dostatečnou energií / frekvencí
čím menší vlnová délka, tím větší energie
b) temnostní fáze
s pomocí sloučenin z fáze světlostní vzniká vlastní cukr
u některých organismů tento proces probíhá jinak, dokonce mohou využívat jiné základní suroviny než běžné rostliny
(mikroorganismy využívají sulfany)
fotorespirace = proces opačný k fotosyntéze
u rostlin dochází k obrácenému ději než je fotosyntéza
mohou spotřebovávat cukr a kyslík a vytvářet vodu a oxid uhličitý
Syntéza (anabolismus) složitějších cukrů
může probíhat různými mechanismy, jak z glukózy, tak z necukerných surovin
základem postupu je získání potřebného monomeru a jeho připojení na budovanou strukturu
typicky se jedná o procesy využívající prostorově silně specifické reakce (zámek a klíč, správné konce k sobě)
Metabolismus lipidů
lipidy obsahují zhruba dvakrát biologicky využitelné energie než sacharidy
jejich metabolismus bývá pomalejší a v určitém smyslu se méně využívá, protože i jejich syntéza vyžaduje velké množství energie
většinu energie získává organismus odbouráváním řetězců vyšších mastných kyselin
z 1 molekuly tuku vznikají 3 molekuly mastné kyseliny a 1 molekula glycerolu
Katabolismus bílkovin
Jeho základem je enzymatické odbourávání bílkovin na jednotlivé aminokyseliny.
zní velice erudovaná věta: I když sním řízek, tak nevyužívám ty bílkoviny celé, dokonce ani jejich části, ale rozkládají se až na jednotlivé aminokyseliny.
Tyto mechanismy normálně nepředstavují důležitý zdroj energie, jedná se především o způsob získávání surovin.
(zdravá strava - sacharidů mělo být pětkrát více než bílkovin. Bílkovin má být asi 15% , no není to zdroj energie)
Odbouráváním bílkovin sice je možné získávat energii, ale vzhledem k jejich obsahu v běžné stravě, a způsobu jejich využití, je to spíše nouzové řešení.
U člověka dochází k odbourávání bílkovin kvůli získávání energie až po dlouhodobém hladovění. (odbouráváme bílkoviny při hladu)
energie získaná ze zkonzumovaných bílkovin nepokryje ani spotřebu energie na syntézu nových ze získaných aminokyselin. (je to něco jako kdybychom chtěli být v plusu když rozebereme barák na cihly a z toho postavíme nový)
Bílkoviny se proto ani prakticky nevyužívají jako zásobní látly (Takže jde se sice odbourávat, jde z toho i energie získat - pokud se denně budeme cpát řízky hlady neumřeme, energie v tom není až tak málo, ..ale jako zdroj nic moc. )
I při konzumaci geneticky modifikovaných potravin obsahujících i modifikované bílkoviny nehrozí, že tyto změny budou působit potíže. – i modifikované bílkoviny se rozloží stejně jako přírodní. (Když sníme kukuřici a je tam geneticky modifikovaná bílkovina tak je to fuk protože ji stejně rozebereme na jednotlivé „cihly.“ Nic z toho se do DNA nedostává, je to blbost, metabolismus všechno rozdrtí na kousky )
(Tedy pokud pozřeme geneticky modifikovaný rulík zlomocný, to je pak jedno jestli je to původní jedovatá nebo geneticky upravená jedovatá)
Anabolismus bílkovin (Biosyntéza bílkovin)
základním předpokladem je dostatek surovin minimálně organicky vázaného dusíku, u člověka navíc dostatek tzv. esenciálních aminokyselin
začátkem procesu je biosyntéza chybějících aminokyselin
dalším krokem je transkripce neboli přepis části genetické informace z DNA do mRNA
pořadí aminokyselin v bílkovině je totiž kódováno pořadím nukleových bází v DNA
pro syntézu bílkoviny se proto příslušná část kódu vykopíruje z DNA
jednotlivým aminokyselinám odpovídají tzv. triplety = trojice nukleových bází
aminokyseliny se tak váží na kratičké úseky tzv. t-RNA = transportní ribonukleové kyseliny
DNA tvoří dlouhé řetězce
t-RNA = 3dílný kousek → váže se na 1 konkrétní aminokyselinu
RNA – 4 nukleonové báze
64 různých tripletů
20 aminokyselin
díky „mechanismu zámku a klíče“ mezi t-RNA a m-RNA se postupně připojují jednotlivé aminokyseliny do vznikajícího řetězce
řetězec bílkovin drží pohromadě tzv. peptidová vazba, kterou lze popsat následující reakci: (kondenzace hydroxylové a primární aminové skupiny)
-CO-NH- ... peptidová vazba
díky celému mechanismu vznikají bílkoviny tvořené nejen správným pořadím aminokyselin, ale jejich molekula je v bioaktivním tvaru
denaturace bílkovin → působením tepla, PH, nasolení...
vaření vajíčka
pozn. RNA funguje vlastně jako lešení
Metabolismus nukleových kyselin
Katabolismus (odbourávání)
vlastní DNA organismus téměř nikdy neodbourává
dochází k tomu pouze při úmrtí buněk nebo při vzniku buněk neobsahujících buněčné jádro
zato RNA se neustále recykluje, odbourává se i všechen genetický materiál získaný z potravy
podobně jako u bílkovin konzumace geneticky modifikovaných organismů nevede k podobné modifikaci u konzumentů
základem katabolismu je postupný rozklad působením enzymů
jednotlivé části se potom využívají dle jejich typu
Replikace DNA
Jejím základem je postupné rozplétání dvoušroubovice DNA, působením příslušného enzymu a dotváření chybějících polovin ke každému ze samostatných vláken.
Dvě základní vady tohoto procesu:
1.) při dotváření nového vlákna dochází občas k chybám, místo správné doplňkové báze se na dané místo přidá jiná. (dochází tak k mutacím)
2.) konce jednotlivých dvoušroubovic nenesou genetickou informaci, ale slouží k tomu, aby celá molekula pevně držela pohromadě. Při každém kopírování DNA se tyhle konce zkracují.
Jediné buňky, u kterých se organismus namáhá tuto chybu napravovat, jsou ty určené k rozmnožování.
Přepis z DNA do RNA
Funguje na podobném principu, ale DNA se rozplétá celá.
Dvoušroubovice se rozevře pouze v místě příslušného genu. Z komplementárních bází se vytváří příslušný řetězec RNA, a už v průběhu kopírování se „opsaný“ místa zase splétají.
Tento mechanismus v podstatě nedokáže DNA přepsat, při něm k mutacím nedochází.
K různým reakcím nukleových kyselin, chybám v nich a podobně , dohází i mimo tyto reakce.
Normálně se nejedná o úmyslné procesy, ale je to například důsledek působení ionizujícího záření. Podobné organismy jako pro replikaci DNA tudíž organismy používají i k opravě poškozených částí „za normálního provozu.“
____________________________________________________
Metabolismus lipidů
Obsahují zhruba dvojnásobek biologicky využitelné energie v porovnání se sacharidy.
Jejich metabolismus bývá většinou pomalejší. Méně se využívá, protože jejich syntéza vyžaduje více energie.
Většinu energie při tom organismus získává odbouráváním řetězců vyšších mastných kyselin.
Odbourávací mechanismy jsou podobně složité jako u sacharidů. Jejich základem je postupné odštěpování dvou uhlíkatých úlomků z molekul mastných kyselin, glycerol se může využít více různými způsoby.
Syntéza tuků
Potřebné mastné kyseliny organismus syntetizuje analogicky jejich rozkladu. (postupným přidáváním dvou uhlíkatých segmentů k vhodnému segmentu. Z nich a z glycerolu syntetizuje lipidy)
Metabolizmus bílkovin
Složené jsou z 20-ti různých aminokyselin ty jsou navzájem dost odlišné a pro každou proto existují samostatné metabolické cesty. Například člověk navíc některé z nich ani nedokáže syntetizovat.
Další fáze těch metabolismů bývají univerzálnější, alespoň v principu.
Katabolismus bílkovin
Jeho základem je enzymatické odbourávání bílkovin na jednotlivé aminokyseliny.
I když sním řízek tak nevyužívám žádné z těch bílkovin celé, dokonce ani jejich části, ale rozkládají se až na jednotlivé aminokyseliny.
Tyto mechanismy normálně nepředstavují důležitý zdroj energie, jedná se především o způsob získávání surovin.
Odbouráváním bílkovin je sice možné získávat energii, ale vzhledem k jejich obsahu v běžné stravě a způsobu jejich využití je to spíš nouzové řešení.
U člověka dochází k odbourávání bílkovin kvůli získávání energie až po dlouhodobém hladovění.
Energie získaná ze zkonzumovaných bílkovin nepokryje ani spotřebu energie na syntézu nových ze získaných aminokyselin.
I při konzumaci geneticky modifikovaných potravin obsahujících modifikované bílkoviny nehrozí, že tyto změny budou působit potíže - i modifikované bílkoviny se rozloží jako původní.
Anabolismus bílkovin
Základním předpokladem je dostatek surovin minimálně organicky vázaného dusíku. U člověka navíc dostatek esenciálních aminokyselin.
