2. Μεταβολισμός

ΜΕΤΑΒΟΛΙΣΜΟΣ

Το σύνολο των χημικών αντιδράσεων που συμβαίνουν στους ζωντανούς οργανισμούς

ΜΕΤΑΒΟΛΙΣΜΟΣ

Xαρακτηρίζεται από πολυπλοκότητα κι ευελιξία.

Η πορεία των μεταβολικών αντιδράσεων καθορίζεται από μεταβολές ενέργειας.

A B Γ Δ … Ω

Μεταβολικό μονοπάτι

Η διαφορά της ελεύθερης ενέργειας των προϊόντων από την ελεύθερη ενέργεια των

αντιδρώντων

Μεταβολή της ελεύθερης ενέργειας (ΔG) μιας αντίδρασης

ΔG = GΒ – GΑ

A B

ΔG < 0 GΒ < GΑ

Εξώθερμη ή εργογόνος αντίδραση: ευνοούμενη

ΔG > 0 GΒ > GΑ

Ενδόθερμη ή εργοβόρος αντίδραση: μη ευνοούμενη

ΔG = 0 GΒ = GΑ

Χημική ισορροπία

Η μεταβολή της ελεύθερης ενέργειας (ΔG) εξαρτάται από τη φύση και τη συγκέντρωση αντιδρώντων και προϊόντων.

Η τυπική μεταβολή της ελεύθερης ενέργειας (ΔG°) εξαρτάται μόνο από τη φύση των αντιδρώντων, γιατί θεωρεί όλες τις συγκεντρώσεις ίσες με 1 mol/L.

ΔG°΄: Η τυπική μεταβολή της ελεύθερης ενέργειας σε pH 7.

Moνάδα ενέργειας

Χιλιοθερμίδα (kcal)H ενέργεια που θερμαίνει 1 kg νερού κατά 1 °C

(14,5 15,5 °C)

1 kcal = 4184 Joule

Το ενεργειακό νόμισμα των κυττάρωνΤριφωσφορική αδενοσίνη

(Adenosine triphosphate, ΑΤΡ)

ATP

P P ΑδενοσίνηP

P

ATP + H2O

ΔG°΄ = –7,3 kcal/mol

P P Αδενοσίνη

ADP + Pi + H+

Διφωσφορική αδενοσίνη (Ανόργανο) φωσφορικό οξύ

ATP: Ένωση με υψηλό δυναμικό μεταφοράς της φωσφορικής ομάδας

P ΑδενοσίνηP P

ATP + H2O AMP + PPi + H+

Moνοφωσφορική αδενοσίνη (Ανόργανο) πυροφωσφορικό οξύ

ΔG°΄ = –10,9 kcal/mol

ΦΑΣΕΙΣ ΤΟΥ ΜΕΤΑΒΟΛΙΣΜΟΥ

Καταβολισμός Αναβολισμός

Βιοσυνθετικές διεργασίες

Μεγάλα μόρια

Μικρά μόρια

Αποικοδομητικές διεργασίες

Μεγάλα μόρια

Μικρά μόρια

Οι διασπαστικές αντιδράσεις είναι εργογόνοι

M ν μ ΔG°΄ = –10 kcal

ADP + Pi ATP + H2O ΔG°΄ = 7,3 kcal

…και μπορούν να τροφοδοτήσουν τη σύνθεση ΑΤΡ.

Μ + ADP + Pi ν μ + ATP + H2O ΔG°΄ = –2,7 kcal

Οι συνθετικές αντιδράσεις είναι εργοβόροι

ν μ Μ ΔG ° ΄ = 10 kcal

ATP + H2O ADP + Pi ΔG°΄ = –7,3 kcal

ν μ + ATP + H2O Μ + ADP + Pi ΔG°΄ = +2,7 kcal

Οι συνθετικές αντιδράσεις είναι εργοβόροι

2 ATP + 2 H2O 2 ADP + 2 Pi ΔG°΄ = –14,6 kcal

ν μ + 2 ATP + 2 H2O Μ + 2 ADP + 2 Pi

ΔG°΄ = –4,6 kcal

…αλλά μπορούν να προχωρήσουν, αν συζευχθούν με τη διάσπαση ΑΤΡ.

ν μ Μ ΔG°΄ = 10 kcal

Ο αναβολισμός εξαρτάται από τον καταβολισμό τόσο από άποψη πρώτων υλών (μεταβολίτες),

όσο και από άποψη ενέργειας

Καταβολικές διεργασίες

Οξιδώσεις μεταβολιτών

Αναβολικές διεργασίες

Αναγωγές μεταβολιτών

Όταν μια ένωση χάνει υδρογόνο, οξιδώνεται.

Όταν μια ένωση παίρνει υδρογόνο, ανάγεται.

Το αντίθετο συμβαίνει με το οξυγόνο.

Οξιδοαναγωγικές αντιδράσεις

Όταν μια ουσία οξιδώνεται, κάποια άλλη υποχρεωτικά ανάγεται (αρχή διατήρησης της μάζας).

Νικοτιναμιδο-αδενινο-δινουκλεοτίδιο (ΝΑD)

Πού πηγαίνουν τα Η που αφαιρούνται κι από πού προέρχονται τα Η που προστίθενται;

Στις βιολογικές οξιδοαναγωγές συμμετέχουν ενώσεις εξειδικευμένες στις δοσοληψίες Η.

NAD+ + Η_

Οξιδωμένη μορφή Ανηγμένη μορφή

Φλαβινο-αδενινο-δινουκλεοτίδιο (FΑD)

NADΗ

FAD + 2 ΗΟξιδωμένη μορφή Ανηγμένη μορφή

FADΗ2

Υδρίδιο

NAD+ + Η_ NADΗ

Οξιδωμένες μορφές

Oξιδώνουν

Οξιδωτικά μέσα

Ανηγμένες μορφές

Ανάγουν

Αναγωγικά μέσα

FAD + 2 Η FADΗ2

Οξιδοαναγωγικές αντιδράσεις

Τα NAD+ και FAD είναι ενδιάμεσα οξιδωτικά του μεταβολισμού.

Τελικό οξιδωτικό είναι το Ο2.

Οξιδοαναγωγική σκυταλοδρομία

NADH ή FADH2

ΕΠΙΣΚΟΠΗΣΗ TOY KATABOΛΙΣΜΟΥ

Υδατάνθρακες Λιπίδια Πρωτεΐνες

Γλυκόζη κ.ά. Λιπαρά οξέα& γλυκερόλη

Αμινοξέα

Ακετυλοσυνένζυμο Α

Αναπνευστικήαλυσίδα

Οξιδωτική φωσφορυλίωση

Η2Ο

ΑΤP ΑDP

CΟ2

Συνένζυμο Α

1ο στάδιο

2ο στάδιο

3ο στάδιο

Ο2

e-

Κύκλος κιτρικού

οξέος

1ο ΚΟΥΙΖ

Την επόμενη εβδομάδα