Ανομοίωση (καταβολισμός)
Ονομάζεται η σταδιακή και ελεγχόμενη διάσπαση των οργανικών ενώσεων προς CO2 και H2O και η απελευθέρωση της αποταμιευμένης ενέργειας υπό μορφή ΑΤΡ και αναγωγικών ισοδύναμων για τις άμεσες ενεργειακές ανάγκες του κυττάρου. Βασικές μορφές καταβολισμού Αναπνοή: πλήρης αποικοδόμηση της ουσίας και απελευθέρωση όλης ενέργειας που περιεχόταν στην αρχική ένωση. Τα υδρογόνα μεταφέρονται στο οξυγόνο και σχηματίζεται H2O
Ζύμωση: μερική αποικοδόμηση και μικρά ποσοστά απελευθερωμένης ενέργειας. Τα τελικά προϊόντα είναι ουσίες πλούσιες σε ενέργεια και τελικά αποδέκτες του υδρογόνου είναι διάφορες οργανικές ουσίες
Οξείδωση της
γλυκόζης 6CO2 + 12H2O C6H12O6 + 6H2O + 6O2 +686 Κcal / mol Πηγές ενέργειας κατά την αναπνοή υδατάνθρακες ,λίπη ,οργανικά οξέα ,πρωτεΐνες
Αναπνεύστικο πηλίκο RQ = αποβαλλόμενο CO2 /απαιτούμενο O2 υδατάνθρακες (RQ=1) λίπη (RQ=0,3-0,5) λίπη+ O2 σάκχαρα Σάκχαρα + O2 CO2 + H2O Οργανικά οξέα Λευκώματα (RQ<1) Σπάνια χρησιμοποιούνται ως αναπνεύστικο υλικό στα ανώτερα φυτά
αερόβια CO2 + H2O +686 Kcal/Mol Γλυκόζη
…
πυροσταφυλικό οξύ αναερόβια οργανικά οξέα αλδεΰδες Αλκοόλες , CO2 15,2 Kcal/Mol
1. 2. 3. 4.
Γλυκόλυση [κυτόπλασμα](αναερόβια) Οξειδωτική αποκαρβοξυλίωση του πυροσταφυλικού οξέος[μιτοχόνδρια] Κύκλος του κιτρικού οξέος(Κύκλος Krebs) [μιτοχόνδρια] Αλυσίδα μεταφοράς ηλεκτρονίων [μιτοχόνδρια]
1ο στάδιο Ο εστέρας της 6-Ρ-γλυκόζης παγιδεύεται στην κυτοπλασματική μεμβράνη 2ο στάδιο Ο εξαμελής δακτύλιος της γλυκόζης γίνεται πενταμελής της φρουκτόζης 3ο στάδιο Φωσφορυλίωση ενσωμάτωση ενός Ρ στον εστέρα της 6-Ρ-φρουκτόζης
4ο στάδιο Διάσπαση του μορίου της γλυκόζης Όλη η ποσότητα φωσφορικής διυδροξυακετόνης μεταφέρεται σε 6-Ργλυκεριναλδεϋδη (επόμενα στάδια δίπλα) 5ο στάδιο Οξείδωση της γλυκεριναλδεϋδης. Παράγωγη NADH2+ φωσφωρυλίωση με ανόργανο Ρ από το κυτόπλασμα : Δεσμός υψηλής ενέργειας
6ο στάδιο Μεταφορά 1Cσε ένα μόριο ADP(φωσφωρυλίωση υποστρώματος) 7ο στάδιο Μεταφορά φωσφορικής ομάδας (3C 2C) 8ο στάδιο Αφυδάτωση και σχηματισμός φωσφορικού δεσμού υψηλής ενέργειας 9ο στάδιο Μεταφορά του υψηλής ενέργειας Ρ στο ADP
2) Οξειδωτική αποκαρβοξυλίωση του πυροσταφυλικού οξέος πυροσταφυλικό οξύ + CoA + NAD+ ΑκετυλοCoA + CO2 + NADH2 3) Κύκλος του κιτρικού οξέος Ανά κύκλο παράγονται: 1 ATP ,3NADH2 ,1FADH2 ,ενδιάμεσα προϊόντα Το οξυγόνο δε λαμβάνει μέρος στο κύκλο Πραγματοποιείται στο εσωτερικό του μιτοχονδρίου
4) Αναπνευστική αλυσίδα Τα e- που απομακρύνθηκαν από την ομάδα C (που οξειδώθηκαν) παραλαμβάνονται από τους φορείς e- NAD και FAD (υψηλό ενεργειακό επίπεδο). Στην πορεία της αναπνευστικής αλυσίδας τα e- μεταφέρονται από υψηλότερο σε χαμηλότερο ενεργειακό επίπεδο με αποτέλεσμα η ενέργεια που απελευθερώνεται να χρησιμοποιείται για το σχηματισμό ΑΤΡ. Η διαδικασία αυτή ονομάζεται φωσφορική φωσφορυλίωση
Κυτοχρώματα Σιδηροπρωτεΐνες (Fe-S- πρωτεΐνες) Κινόνη(ηλεκτρόνια +
πρωτόνια) Η ροη των e- συνεχίζεται μόνο όταν υπάρχει διαθέσιμο ADP ενώ η συγκέντρωση του ADP είναι υπεύθυνο για το ρυθμό οξειδωτικής φωσφορυλίωσης (αναπνευστικός έλεγχος)
Ενεργειακό όφελος από τη διάσπαση ενός
μορίου γλυκόζης ,36 ΑΤΡ και 686 Kcal(39% της διαθέσιμης ενέργειας ) Ποιος είναι ο μηχανισμός της παγίδευσης της ενέργειας των e- με τη φωσφορυλίωση του ADP σε ATP κατά τη μεταφορά τους στην αναπνευστική αλυσίδα Υποθεση της χημειωσμωτικης σύζευξης (Mitchell 1960)
Η μεταφορά e- στην αναπνευστική αλυσίδα προκαλεί άντληση πρωτονίων από το εσωτερικό του μιτοχονδρίου προς τον περιμιτοχονδριακό χώρο (6H+ / 2e- ) (Διαβάθμιση πρωτονίων) Οι δρόμοι επιστροφής των πρωτονίων στο εσωτερικό των μμιτοχονδρίων περνούν διάμεσω των σύμπλόκων ενζύμων της ATP συνθάσης (ATPαση).Η ροή αυτή πρόμηθευει στο ένζυμο ενέργεια για το σχήματισμο από ATP σε ADP και P.
Παράγωγη NADPH2 (βιοσυνθέτικοι σκοποί) Δημιουργία 4- P-ερυθρόζης (παράγωγη φαινόλικων ουσιών) Δημιουργία 4-P-ριβόζης (σχηματισμός νουκλεοτιδίων) στον κύκλο της φωσφορικής πεντόζης παράγεται λιγότερο ΑΤΡ από ότι στην γλυκόλυση ή στον κύκλο του Krebs Η γλυκόλυση είναι ο επικρατέστερος δρόμος αποικοδόμησης του άνθρακα (80-95%)
Γλυκονεογένεση (ή αντίστροφη γλυκόλυση) Η διαδικασία σύνθεσης γλυκόζης από αλλά οργανικά μόρια με πορεία αντίθετη προς αυτή της γλυκόλυσης
Τα λιπίδια
(τριγλυκερίδια) αποθηκεύονται στα κύτταρα των κοτυληδόνων ή του ενδοσπερμίου ως πολυάριθμα σφαιρικά σταγονίδια που (δεν) περιβάλλονται από μεμβράνη και ονομάζονται σφαιροσωμάτια (σταγονολιπίδια) Γλυοξυσωμάτια : μικροσωμάτια όπου τα λιπίδια μετατρέπονται σε σάκχαρα Γλυκερίνη … ΑΤΡ… Ρ-διυδροξυακετόνη
3-Ρ-γλυκερίνη… NAD σάκχαρα
Περιεκτικότητα σε Θερμοκρασία
H2O
Αύξηση κατά 10ο C διπλασιάζει την αναλογία αναπνοής (0-30ο C) Αποταμιευμένες ουσίες Περιεκτικότητα σε O2
Ανάλογα με τους τελικούς αποδέκτες ή τα κυρίαρχα οργανικά προϊόντα η ζύμωση χαρακτηρίζεται ως αλκοολική ,γαλακτική, βουτυρική ή οξική
1)Αλκοολική ζύμωση Αναερόβια διάσπαση σακχάρων σε αιθυλική αλκοόλη και CO2 από μικροοργανισμούς ιδιαίτερα μύκητες του γένους saccharomyces ( ένζυμο ζύμαση)
C6H12O6
2CH3-CH2-OH + 2CO2 + 21Kcal
2) Γαλακτική ζύμωση C6H12O6 2CH3-CHOH-COOH + 22Kcal Το πυροσταφυλικό οξύ δεν αποκαρβοξυλιώνεται (όπως στην αλκοολική ζύμωση)και δε σχηματίζεται ακεταλδεϋδη επειδή απουσιάζει η καρβοξυλάση από τους μικροοργανισμούς (βακτήρια). Το ρόλο του δέκτη υδρογόνου παίζει το πυροσταφυλικό οξύ
3)Βουτυρική ζύμωση C6H12O6 CH3-CH2-CH2 -COOH + 2CO2 + 2H2+17Kcal Αναερόβια διάσπαση Βουτυρικό οξύ δυσάρεστη γεύση και οσμή Σχηματισμός βουτυρικού οξέος κατά την αποικοδόμηση πεπτικών της μέσης πλάκας των κυττάρων
4)Οξική ζύμωση Αερόβιοι μικροοργανισμοί CH2-CH2-OH + O2 CH3-COOH + H2O +118 Kcal αιθανόλη
οξικό οξύ