úvod
V lekcii Metabolizmus a ATP sme videli, že bunka rozkladá živiny a energiu z nich ukladá do ATP. V tejto kapitole prejdeme jednotlivé dráhy podrobne. Najprv si však vysvetlíme, ako bunka s energiou vôbec hospodári.
teória
Dve strany metabolizmu
Metabolizmus sú všetky chemické deje v organizme. Delia sa na dve skupiny:
- katabolizmus rozkladá zložité látky na jednoduché a energiu uvoľňuje, napríklad rozklad glukózy na CO₂ a vodu,
- anabolizmus z jednoduchých látok stavia zložité a energiu spotrebúva, napríklad tvorba bielkovín či glykogénu.
Deje nadväzujú v metabolických dráhach: produkt jedného kroku je substrátom ďalšieho a každý krok riadi iný enzým.
teória
ATP, energetická mena
Energiu z katabolizmu bunka neodovzdáva priamo. Ukladá ju do molekúl ATP (adenozíntrifosfát), ktoré potom „platia“ za deje vyžadujúce energiu:
ATP + H₂O → ADP + Pᵢ, ΔG°’ = −30,5 kJ/mol
ADP sa potom znova nabije na ATP. Každá molekula ATP sa za deň recykluje tisíckrát a dospelý človek tak premení denne asi toľko ATP, koľko váži celé telo.
teória
Spriahnuté deje
Mnohé deje v bunke majú kladné ΔG, samy by neprebehli. Bunka ich spriahne s dejom, ktorý energiu uvoľní, najčastejšie s hydrolýzou ATP. Spolu prebehnú, ak je súčet ΔG záporný, ako vieme z lekcie Gibbsova energia a samovoľnosť dejov.
vyskúšaj si
Spriahnuté deje
Dej glukóza + Pᵢ → glukóza-6-fosfát má ΔG°' = +13,8 kJ/mol, sám neprebehne. Vyber dej, s ktorým ho bunka môže spriahnuť.
0 / 0Čo je metabolizmus?
0 / 0teória
Prenášače
Okrem energie si dráhy odovzdávajú aj elektróny a skupiny atómov. Robia to malé molekuly, koenzýmy:
| Prenášač | Čo nesie | Kde sa používa |
|---|---|---|
| ATP | energiu a fosfát | takmer všade |
| NAD⁺ / NADH | elektróny a vodík z rozkladu živín | glykolýza, Krebsov cyklus, dýchací reťazec |
| FAD / FADH₂ | elektróny a vodík | Krebsov cyklus, β-oxidácia |
| NADP⁺ / NADPH | elektróny pre syntézy | fotosyntéza, syntéza tukov |
| koenzým A | acylové skupiny, najmä acetyl | Krebsov cyklus, metabolizmus tukov |
vyskúšaj si
Ktorý prenášač?
Priraď úlohu alebo dej k molekule, ktorá pri ňom niečo prenáša.
0 / 0Zapamätaj si: metabolizmus sú všetky deje v tele. Katabolizmus látky rozkladá a energiu uvoľňuje, anabolizmus látky stavia a energiu spotrebúva. Medzi nimi energiu prenáša ATP. Keď sa ATP rozloží na ADP a fosfát, uvoľnená energia poháňa sťah svalov, prenos látok či tvorbu bielkovín.
Prečo ATP
Energia ATP nie je „schovaná“ v jednej väzbe. Hydrolýza je silno exotermická preto, že produkty ADP a fosfát majú menšie odpudzovanie záporných nábojov, lepšie sa obalia vodou a fosfát je stabilizovaný rezonanciou. Zlúčeninám s takto veľkou zápornou ΔG hydrolýzy hovoríme makroergické: okrem ATP sú to napríklad fosfoenolpyruvát (−61,9 kJ/mol), 1,3-bisfosfoglycerát (−49,4 kJ/mol) a kreatínfosfát (−43,1 kJ/mol), zásoba energie vo svaloch na prvé sekundy šprintu.
Spoločný medziprodukt
Spriahnutie nefunguje tak, že sa energia „prelieva“ z jedného deja do druhého. Deje majú spoločný medziprodukt. Pri tvorbe glutamínu sa najprv fosfát z ATP naviaže na glutamát a až aktivovaný glutamát reaguje s amoniakom:
- glutamát + ATP → glutamylfosfát + ADP
- glutamylfosfát + NH₃ → glutamín + Pᵢ
Katabolizmus v troch etapách
- Rozklad makromolekúl na stavebné jednotky: bielkoviny na aminokyseliny, škrob na glukózu, tuky na glycerol a mastné kyseliny. Energia sa pri tom takmer nezíska.
- Premena jednotiek na acetyl-CoA. Tu vzniká trochu ATP a NADH.
- Krebsov cyklus a dýchací reťazec, ktoré acetyl spália na CO₂ a vodu a vytvoria väčšinu ATP.
rozšírenie Energia na jeden deň
Keby mal človek s príjmom 8 400 kJ denne všetku energiu uloženú v ATP, potreboval by ho desiatky kilogramov. V tele je však ATP v každej chvíli len okolo 250 gramov. Vystačí, lebo sa neustále dobíja: molekula ATP vydrží v bunke len pár sekúnd až minút, kým sa rozloží a znova vznikne.
teória
Časté chyby
- „ATP je zásobárňou energie na dlhý čas.“ Je to mena na okamžité platby. Zásobou sú glykogén a tuky.
- „Energia je uložená vo väzbe medzi fosfátmi.“ Uvoľní sa preto, že produkty hydrolýzy sú stabilnejšie.
- „Anabolizmus energiu uvoľňuje.“ Anabolizmus ju spotrebúva, uvoľňuje ju katabolizmus.
- „NADH a NADPH sú to isté.“ NADH slúži hlavne na tvorbu ATP, NADPH na syntézy.
Ako enzýmy rozhodujú o rýchlosti jednotlivých krokov, ukáže lekcia Enzýmová kinetika.