ΦΥΣΙΟΛΟΓΙΑ ΦΥΤΩΝ Ροή της βιολογικής ενεργείας και ο ρόλος των ενζύμων
Ποσό της ηλιακής ενέργειας που φτάνει στη γη 13 Χ 1023 cal
2/3 της ενέργειας απορροφάται από την επιφάνεια της γης 1% της ηλιακής ενέργειας που φτάνει στη γη μετατρέπεται σε ενέργεια μέσω των φωτοσυνθετικών διαδικασιών στα φυτικά κύτταρα
Σάκχαρα
Λίπη
Πρωτεΐνες
πηγή ενεργειακού δυναμικού για τα φυτικά κύτταρα
Μεταβολισμός – Μεταβολικοί δρόμοι Αυτότροφοι οργανισμοί
Καλύπτουν τις ανάγκες τους σε ενέργεια (ΑΤΡ) είτε με φωτοσύνθεση είτε με χημειοσύνθεση Φωτοσυνθετικά διαβιούντες , οργανισμοί περιλαμβάνουν τα χλωροφυλλούχα φυτά που με φωτοσύνθεση προμηθεύονται ενέργεια με τη μορφή χημικών δεσμών μετατρέποντας το CO2 και το H2O σε γλυκόζη. Χημειοσυνθέτικα διαβιούντες ,οργανισμοί περιλαμβάνουν ομάδα βακτηριδίων που καλύπτουν τις ενεργειακές τους ανάγκες οξειδώνοντας ανόργανες ουσίες
Ετερότροφοι οργανισμοί Περιλαμβάνουν τα ζώα και τα μη χλωρόφυλλούχα φυτά (=τα παρασιτικώς διαβιούντα).εξαιρόνται από τα αυτότροφα φυτά (χλωροφυλλούχα) γιατί τους
Μεταβολισμός των ζωντανών οργανισμών είναι το
σύνολο των αντιδράσεων εκείνων που έχουν ως αποτέλεσμα είτε τη σύνθεση μιας ουσίας (=αναβολισμός) είτε την αποικοδόμηση της (=καταβολισμός)
Η ενέργεια που αποθηκεύεται ως ΑΤΡ χρησιμοποιείται για: Σύνθεση δομικών και ενζυμικών ουσιών Σύνθεση του νέου πρωτοπλάσματος Διατήρηση της δομής των οργανιδίων και των μεμβρανών Μηχανικές δραστιριότητες (π.χ. κίνηση πρωτοπλάσματος)
Αναβολισμός : η διαδικασία κατά την οποία σχηματίζονται μεγαλομοριακές ενώσεις στα μόρια των οποίων αποθηκεύονται μεγάλα ποσά ενέργειας σε χημική μορφή Καταβολισμός : η σταδιακή απελευθέρωση της εμπεριεχόμενης ενέργειας των μεγαλομορίων κατά την αποικοδόμηση τους και ο σχηματισμός μικρομοριακών ενώσεων που μπορούν να χρησιμοποιηθούν για τη σύνθεση άλλων ουσιών βασικής σημασίας
Ροή της ενέργειας μέσω των τροφών
Οι θρεπτικές ουσίες (=τροφές περιέχουν ενέργεια στους χημικούς δεσμούς των ατόμων και των μορίων τους. Η ενέργεια αυτή απελευθερώνεται όταν οι ουσίες μετατρέπονται σε άλλες απλούστερες που περιέχουν μικρότερη ενέργεια με τις διαδικασίες της οξείδωσης
Οξείδωση : η απώλεια ενός e- ή ενός H+ ή η προσθήκη Ο. Αντίθετα , η πρόσληψη ενός e- ή ενός H+ ή η απομάκρυνση Ο από ένα άτομο ή μόριο χαρακτηρίζεται ως αναγωγή Αναγωγική διαδικασία :βιολογική διαδικασία στην οποία έχουμε τελικώς αύξηση της συνολικής ενέργειας στους χημικούς δεσμούς (με δαπάνη ενέργειας).Αν αντίθετα έχουμε ελάττωση ενέργειας στους χημικούς δεσμούς με απελευθέρωση κάποιας μορφής ενέργειας τότε έχουμε διαδικασία οξείδωσης.
Οξειδοαναγωγή ή οξειδώαναγωγικες διαδικασίες
δεϋδρογονάση
AH2 + B
A + BH2
Σπουδαιότερα συνένζυμα που μεταφέρουν H+ 1.NAD+ (νικοτιναμιδο-αδενινο-δινουκλεοτίδιο) NADH2 ή NADH + H+ 2. NADP+ (NADH2 ή NADH + H+) 3. FAD+ φλαβινο-αδενινο-δινουκλεοτίδιο( FADH2 ή FAD + H+) 4. FMN φλαβινο-μονονουκλεοτίδιο (FMNH2 ή FMN + H+)
Κυτοχρώματα Δεκτές και δότες e Αδενοσίνη τριφωσφορική (ΑΤΡ) Μεταφορά ενέργειας ATP + H2O ADP + Pi +Ενέργεια
Φωσφορική ομάδα
Πηγές ενέργειας για τα φυτά Από το φως άμεσα Από την αναπνοή (έμμεσα από το φως) Από την κινητική ενέργεια του μορίου
Έμβια συστήματα και ένζυμα Μεταβολισμός : το σύνολο των χημικών μετατροπών (συνθέσεις και διασπάσεις) Καταβολισμός εξεργονικές αντιδράσεις Αναβολισμός ενδοργονικές αντιδράσεις Ένζυμα : οργανικοί καταλύτες οι οποίοι επιταχύνουν τις χημικές αντιδράσεις μέσα στα κύτταρα κατά τρόπο τέτοιο ώστε οι αντιδράσεις να πραγματοποιούνται κάτω από συγκεκριμένες συνθήκες θερμοκρασίας ,πίεσης και pH ,συμβατές με τη ζωή
Διαμερισματοποίηση των ενζύμων Χωροταξική κατανομή των ενζύμων στους πολυάριθμους χώρους μέσα στα κύτταρα ,οι οποίοι ,χωρίζονται από μεμβράνες και αποτελούν κέντρα διαφορετικών αντιδράσεων (πολυενζυμικό σύστημα)
S+E
SE
P+E
Οι περισσότερες ενζυμικές αντιδράσεις προχωρούν ταχύτερα απ’ ότι οι μη ενζυμικές
Εξειδίκευση των ενζύμων : η δραστηριότητα τους περιορίζεται σε εκείνες τις ενώσεις που εκπληρώνουν ορισμένες δομικές προϋποθέσεις Ενεργός περιοχή : το τμήμα του ενζύμου που προσελκύει και υποδέχεται το υπόστρωμα Τα υπεύθυνα αμινοξέα που συμμετέχουν στην ενεργό περιοχή δεν είναι αναγκαίο να γειτονεύουν ή να βρίσκονται σε μια συνεχή σειρά το ένα μετά το άλλο στις πολυπεπτιδικές αλυσίδες
Υπόθεση κλειδί - κλειδαριάς Το ένζυμο και το υπόστρωμα συνδυάζονται απόλυτα για να σχηματίσουν ένα σύμπλοκο ενζύμου – υποστρώματος πριν να απελευθερώσουν τα τελικά
Συμπαράγοντες στην ενζυμική δραστηριότητα Τις καταλυτικές αντιδράσεις τις καταλύουν τα ενζυμα είτε μόνα τους ,είτε υπάρχουν ένζυμα που χρειάζονται τη βοήθεια ενός ή περισσοτέρων μη πρωτεϊνικών συστατικών που είναι γνωστά ως συμπαράγοντες ή συνένζυμα χωρίς τα οποία τα ένζυμα δεν λειτουργούν Το σύμπλοκο πρωτεΐνης – συνενζύμου ονομάζεται ολένζυμο . Η αφαίρεση του συνενζύμου από το ολένζυμο δίνει την πρωτεΐνη η όποια είναι ενζυμικα ανενεργή και ονομάζεται ανένζυμο
Ομάδες ενζύμων ανάλογα με τον τρόπο δράσης τους 1. 2.
3.
Ένζυμα που δεν απαιτούν για τη δράση τους συνένζυμα Ένζυμα για τα οποία πέρα από την πρωτεΐνη για να εκδηλώσουν τη δραστηριότητα τους στις βιοχημικές αντιδράσεις είναι απαραίτητο να έχουν ένα άλλο ή άλλα μη πρωτεϊνικά συστατικά π.χ μεταλλικά ιόντα ή σύμπλοκα οργανικών ενώσεων Τα ιόντα ενώνονται με το υπόστρωμα πριν από τη σύνδεση του υποστρώματος με το ένζυμο Το σύμπλοκο μέταλλο – υπόστρωμα είναι το πραγματικό υπόστρωμα της αντίδρασης
Ρύθμιση της ενζυμικής δραστηριότητας Παράγοντες που επηρεάζουν την ταχύτητα των
αντιδράσεων 1) Θερμοκρασία Άριστη ανάπτυξη φυτών σε θερμοκρασία =2032oC
Μετουσίωση: σημαντικές μεταβολές των φυσικοχημικών και βιολογικών ιδιοτήτων των πρωτεϊνών , που είναι αποτέλεσμα της παραμόρφωσης της τρισδιάστατης μορφής του μορίου τους
2) Συγκέντρωση H3O+ (pH)
άριστη τιμή pH συνήθως 6-8 3) συγκέντρωση ενζύμου E+S ES E+P
4)Συγκέντρωση υποστρώματος
Κορεσμός του ένζυμου από το υπόστρωμα Μέγιστη ταχύτητα Vmax Σταθερά του michaelis-menten (Km) : η συγκέντρωση του υποστρώματος που χρειάζεται για να προκληθεί το ήμισυ της Vmax αντίδρασης. Εξαρτάται από : pH , θερμοκρασία ,είδος ή ποσότητα των συνενζύμων
Ταξινόμηση και ονοματολογία ενζύμων
Όνομα ενζύμου : όνομα υποστρώματος + κατάληξη –αση Κοινή ή ανεπίσημη ονομασία Συστηματική ονομασία Κωδικός αριθμός (E.C 1.1.1.27) E.C.(Enzyme Commusion)
Τάξεις στις οποίες ανήκουν τα ένζυμα 1)Οξειδορεδουκτάσες ή οξειδοαναγωγάσες Α. Δεϋδρογονάσες Καταλύουν την οξείδωση των υποστρωμάτων με την μεταφορά ατόμων H+ (αφυδρογονώση) από ένα δότη (υπόστρωμα) σε ένα αποδέκτη AH2 + 2NAD A + 2NADH2 Β. Οξειδάσες Οξειδοαναγωγάσες που καταλύουν τη μεταφορά των ατόμων του H+ προς τα μόρια του O2 AH2 + H2O2 A + ND
Γ. Υπεροξειδάσες Αιμοπρωτεΐνες που χρησιμοποιούν το H2O2 ως οξειδωτικό παράγοντα Δότης + H2O2 Οξειδωμένος Δότης + 2H2O2
Δ. Καταλάσες Υπεροξειδάσες που χρησιμοποιούν το H2O2 τόσο ως δότη όσο και ως αποδέκτη υδρογόνων 2H2O2 2H2O + O2
Ε. Υδροξυλάσες Οξειδοαναγωγάσες που εισάγουν OH- στο υπόστρωμα AH + DH2 + O2 AOH + D + H2O AH: Υπόστρωμα DH2 : Δότης ΣΤ. Οξυγονάσες
2) Τρανσεράσες : Τα ένζυμα τα οποία καταλύουν τη μεταφορά λειτουργικών ομάδων 3) Υδρολάσες : καταλύουν αντιδράσεις στις οποίες τα υποστρώματα υδρολύονται σε απλούστερα προϊόντα κατά την υδρόλυση 4) Λυάσες : ένζυμα που διασπούν δεσμούς του τύπου C-C ,C-O,C-N ή καταλύουν την προσθήκη σε διπλούς δεσμούς ή την αφαίρεση ομάδων προκαλώντας την δημιουργία διπλών δεσμών
5) Ισομεράσες : Οι ισομεράσες είναι ένζυμα που καταλύουν ανακατατάξεων των υποστρωμάτων τους 6) Λιγάσες ή συνθετάσες : ένζυμα που καταλύουν αντιδράσεις κατά τις οποίες συνενούνται δύο απλούστερα μόρια με ταυτόχρονη υδρόλυση ενός μορίου ATP για να προκύψει ένα πιο σύνθετο μόριο . Δότης της ενέργειας είναι το ATP.