BIOENERGETYKA cz. II cykl Krebsa i fosforylacja oksydacyjna

Transkrypt

1 BIOENERGETYKA cz. II cykl Krebsa i fosforylacja oksydacyjna dr hab. prof. AWF Agnieszka Zembroń-Łacny Zamiejscowy Wydział Kultury Fizycznej w Gorzowie Wlkp. Akademii Wychowania Fizycznego w Poznaniu 1. cukry, lipidy, aminokwasy 2. mitochondria 3. energia chemiczna (ATP)

2 Fischer and Krebs discovered how the breakdown of glycogen to glucose is controlled in the skeletal muscles, so that energy supply matches energy demand.

3 Trawienie i wchłanianie WĘGLOWODANY TŁUSZCZE BIAŁKA Katabolizm glukoza kwasy tłuszczowe aminokwasy Acetylo-CoA 2CO 2 GTP Cykl Krebsa (4) 2H + + 2e - ATP

4 Acetylo-CoA produkt oksydacyjnej dekarboksylacji pirogronianu (glikoliza), -oksydacji kwasów tłuszczowych i rozkładu aminokwasów wprowadza dwa atomy węgla do cyklu Krebsa

5 Acetylo-CoA O CoA S C CH 3 grupa acetylowa

6 Cykl Krebsa

7 Acetylo-CoA paliwo dla cyklu Krebsa pirofosforan 3-fosforyboza adenina kwas pantoinowy -alanina merkaptoetanoloamina grupa acetylowa

8 Jak powstaje acetylo-coa? rozkład aminokwasów (ćwiczenia 5) β-oksydacja kwasów tłuszczowych (wykład 5) oksydacyjna dekarboksylacja pirogronianu; reakcja dehydrogenazy pirogronianowej

9 Dekarboksylacja oksydacyjna pirogronianu: GLIKOLIZA pirogronian + CoA + NAD + kompleks dehydrogenazy pirogronianowej (mitochondria) acetylo-coa + CO 2 + NADH + H +

10 Kompleks dehydrogenazy pirogronianowej: E1 Dehydrogenaza pirogronianowa difosfotiamina (witamina B 1 ) E2 Acetylotransferaza dihydrolipoamidowa lipoamid E3 Dehydrogenaza dihydrolipoamidowa dinukleotyd flawinoadeninowy (FAD)

11 KOMPLEKS DEHYDROGENAZY PIROGRONIANOWEJ PIROGRONIAN Hydroksyalkilodifosfotiamina Acetylolipoamid Difosfotiamina Acetylo-CoA Dihydrolipoamid grupa hydroksyetylowa/acetylowa Dehydrogenaza pirogronianowa Acetylotransferaza dihydrolipoamidowa Dehydrogenaza dihydrolipoamidowa

12 Reakcje kompleksu dehydrogenazy pirogronianowej 1. Pirogronian przy udziale dehydrogenazy pirogronianowej E1 ulega dekarboksylacji do pochodnej difosfotiaminy 2. Pochodna ta reaguje z lipoamidem będącym grupą prostetyczną drugiego enzymu tworzącego kompleks acetylotransferazy dihydrolipoamidowej E2. Acetylolipoamid reaguje z CoA-SH, tworząc acetylo-coa i zredukowany dihydrolipoamid 3. Zredukowany dihydrolipoamid jest ponownie utleniony przez dehydrogenazę dihydrolipoamidową E3 zawierającą FAD

13 CYKL KREBSA centrum komunikacyjne komórki

14 Acetylo-CoA Jabłczan CYKL KREBSA Fumaran Szczawiooctan Łańcuch oddechowy Co-A (koenzym A) Bursztynian Cytrynian GTP Bursztynylo-CoA -Ketoglutaran Izocytrynian 1. Syntaza cytrynianowa 2. Akonitaza 3. Dehydrogenaza izocytrynianowa 4. Kompleks dehydrogenazy - ketoglutaranowej 5. Syntetaza bursztynylo-coa 6. Dehydrogenaza bursztynianowa 7. Hydrataza fumaranowa 8. Dehydrogenaza jabłczanowa

15 Funkcje cyklu Krebsa: Dostarcza równoważników redukujących NADH i FADH 2 zamienianych na energię magazynowaną w ATP w łańcuchu oddechowym Dostarcza energii w postaci GTP ATP Dostarcza ważnych prekursorów do syntezy aminokwasów, puryn, pirymidyn, cholesterolu, porfiryny i in.

16 Tymczasowe przenośniki energii (równoważniki energii) - przenośniki elektronów i protonów H + NAD + dinukleotyd nikotynamidoadeninowy NAD + NADH FAD dinukleotyd flawinoadeninowy FAD FADH 2 Zysk netto glikolizy: 2 cząsteczki ATP i cyklu Krebsa: 6 NADH, 2FADH 2 i 2 cząsteczki ATP

17 FOSFORYLACJA OKSYDACYJNA Synteza ATP z ADP jest sprzężona z reakcjami redoks!

18 FOSFORYLACJA OKSYDACYJNA SIŁA ELEKTRO-MOTORYCZNA Przenoszenie elektronów w reakcjach redoks SIŁA PROTONO-MOTORYCZNA (gradient ph i transbłonowy potencjał elektryczny) TWORZENIE GRADIENTU PROTONÓW GRADIENT PRZENOSZENIA FOSFORANÓW SYNTEZA ATP

19 Zdjęcie z mikroskopu elektronowego pokazujące mitochondria hepatocytów: - dwie błony otaczają każde mitochondrium - błona wewnętrzna tworzy wypustki do wnętrza mitochondrium. przestrzeń międzybłonowa błona wewnętrzna błona zewnętrzna matriks

20 ŁAŃCUCH ODDECHOWY spiętrzanie protonów H + H + H + H + H H + + H + H + H + H + H + H + H + H +

21 Na każdą utworzoną cząsteczkę wody jest wypompowywanych 10 H + do przestrzeni międzybłonowej! Wartość ph w przestrzeni błonowej obniża się o ok. 1 jednostkę!

22 Pirogronian -Ketoglutaran Lipoamid-H2 Składniki łańcucha oddechowego: 3-Hydroksymaślan 3-Hydroksyacylo-CoA Jabłczan Izocytrynian Bursztynian I. Dehydrogenaza NADH (ubichinon): 1 FMN, 2Fe 2 S 2, 4-5 Fe 4 S 4 Acylo-CoA -Glicerolofosforan Dihydroorotan Cholina Fumaran II. III. Dehydrogenaza bursztynianowa: 1 FAD, 1 Fe 2 S 2, 1 Fe 4 S 4, 1 Fe 3 S 4 Reduktaza ubichinol-cytochrom c: 2 Fe 2 S 2, 2 Hem b, 1 Hem c 1 Cytochrom c (zawiera hem) IV. Oksydaza cytochormu c: 3 Cu, 1 Zn, 1 Hem a, 1 Hem a 3 V. Syntaza ATP transportująca H + EFT flawoproteina przenosząca elektrony przepływ elektronów przepływ protonów

23 Dehydrogenaza NADH:

24 Organizacja łańcucha oddechowego: Cytochrom c cykl Krebsa -oksydacja

25 ANIMACJA ŁAŃCUCH ODDECHOWY

26 Syntaza ATP wytwarzanie energii matrix Podjednostkę F 1 buduje pięć rodzajów łańcuchów polipeptydowych: 3, 3, γ, δ, ε Podjednostka F 0 jest segmentem hydrofobowym zakotwiczonym w wewnętrznej błonie mitochondrialnej. przestrzeń międzybłonowa

27 ANIMACJA działanie syntazy ATP

28 Co to jest oddychanie komórkowe? Teoria konformacyjna syntezy ATP?

29 Translokaza ATP stanowi około 14% białek wewnętrznej błony mitochondrialnej umożliwia wyjście ATP z matrix i wejście ADP do mitochondriów

30 Powysiłkowa nadwyżka tlenu EPOC (ang. Excess Post-exercise Oxygen Consumption), dawniej dług tlenowy

31 UKŁAD FOSFAGENOWY: FOSFOKREATYNA + ADP KREATYNA + ATP FOSFAGENY, to bogato-energetyczne związki obecne w mięśniach: FOSFOKREATYNA - kręgowce FOSFOARGININA - bezkręgowce

32 UKŁAD FOSFAGENOWY: WYPOCZYNEK kinaza + kreatyna fosfokreatyna kreatynowa PRACA fosfokreatyna kreatyna kinaza kreatynowa ATPaza miozynowa ATPazaCa 2+ ATPazaNa + K +

33 FOSFOKREATYNA źródło energii

34 Zawartość ATP i fosfokreatyny w mięśniach: Rodzaj mięśnia ATP mmol/kg Fosfokreatyna mmol/kg Szkieletowy Sercowy Gładki

35 UKŁAD GLIKOLITYCZNO-MLECZANOWY Glikoliza glukoza 2 NAD + 2 NADH + 2 ATP 2 pirogronian Dehydrogenaza mleczanowa LDH 2 mleczan

36 Reakcja katalizowana przez kinazę adenylową (miokinaza): ADP + ADP ATP + AMP Tworzący się w reakcji AMP sygnalizuje stan niskiej energii! AMP jest regulatorem allosterycznym kinazy zależnej od AMP (AMPK)!

37 Wytwarzanie AMP w spoczynku i podczas wysiłku fizycznego: 2 ADP ATP AMP Spoczynek 1,0 mm 5 mm 0,2 mm Wysiłek 1,5 mm 4 mm 0,8 mm

38 WYSIŁEK EXERCISE PILLS AMP aktywacja AMPK metaboliczny wskaźnik paliwa lub czujnik energii

39 SERCE transport glukozy glikoliza utlenianie FA PODWZGÓRZE odczucie głodu i sytości AMPK MIĘŚNIE transport glukozy glikoliza utlenianie FA biogeneza mitochondriów TRZUSTKA wydzielanie insuliny WĄTROBA synteza FA synteza cholesterolu glukoneogeneza TKANKA TŁUSZCZOWA synteza FA lipogeneza Rola AMPK w regulacji bilansu energetycznego na poziomie całego organizmu

40 TRENING/POWTARZANE SKURCZE MIĘŚNI AMP/ATP LKB1 KALMODULINA Ca 2+ AMPK KALCYNEURYNA CaMKs p38mapk? PGC-1 MEF2 TRANSFORMACJA WŁÓKIEN MIĘŚNIOWYCH BIOGENEZA MITOCHONDRIÓW EKSPRESJA BIAŁEK GLUT4 TRANSPORT GLUKOZY

41 Porównanie przemian tlenowych i beztlenowych: Wysiłek tlenowy (aerobowy) Wysiłek beztlenowy (anaerobowy) ATP / glukoza maksymalna szybkość resyntezy 0,5 1,5 ATP mmol. kg -1. s -1 rodzaj wysiłku maksymalny lub umiarkowany, >1 min maksymalny 7 s do 1 min

42 Tabela 3. Klasyfikacja wysiłków fizycznych oraz ich zaopatrzenia energetycznego w zależności od czasu trwania pracy fizycznej

43 LITERATURA DO WYKŁADU Murray RK, Granner DK, Rodwell VW. (tłumaczenie Kokot F i wsp.). Biochemia Harpera ilustrowana. Wyd. Lekarskie PZWL 2006 Koolman J, Röhm KH. (tłumaczenie Węglarz L, Wilczok T). Biochemia ilustrowany przewodnik. Wyd. Lekarskie PZWL 2006 Berg JM, Tymoczko, Stryer L. Biochemia, Wyd. Naukowe PWN 2008

44 DZIĘKUJĘ ZA UWAGĘ!