Spis treści. Fotosynteza. 1 Fotosynteza 1.1 WĘGLOWODANY 2 Cykl Krebsa 2.1 Acetylokoenzym A

Transkrypt

1 Spis treści 1 Fotosynteza 1.1 WĘGLOWODANY 2 Cykl Krebsa 2.1 Acetylokoenzym A Fotosynteza Jest to złożony, wieloetapowy proces redukcji dwutlenku węgla do substancji zawierających atomy węgla na niższych stopniach utlenienia. Proces ten zachodzi w roślinach, a energia potrzebna do jego przebiegu pochodzi ze światła widzialnego (słonecznego), które pochłaniane jest przez zespoły barwników asymilacyjnych (np. chlorofilu a rysunek poniżej) i zamieniane na energię chemiczną wiązań w cząsteczkach ATP i NADPH (faza jasna). Substratem w tej reakcji fotolizy jest woda, a produktem ubocznym tlen. Cząsteczka NADP + (forma utleniona) Cząsteczka ATP

2 Schemat fotosyntezy Budowa chlorofilu a Dinukleotyd nikotynoamidoadeninowy (w formie NADPH) jest czynnikiem redukującym w tzw. fazie ciemnej fotosyntezy. Nośnikiem energii w tej fazie jest inny nukleotyd ATP, w którym hydroliza (i towarzysząca jej hydratacja) bezwodnikowych wiązań P-O-P jest procesem egzoenergetycznym. Faza ciemna zwana jest też cyklem Calvina (Melvin Calvin, , nagroda Nobla 1967). W tym niezwykle złożonym cyklu enzymatycznym odbywa się redukcja dwutlenku węgla i stopniowa konstrukcja układów cukrowych.

3 Schemat cyklu Calvina Produktami cyklu Calvina są węglowodany, przede wszystkim popularny monocukier glukoza. Przebieg fotosyntezy

4 Wykorzystanie energii świetlnej przez liść. Cały proces fotosyntezy zapisuje się zatem w sposób uproszczony jako: oznacza energię świetlną. Wydajność kwantowa fotosyntezy wynosi ok. 5% WĘGLOWODANY Glukoza jest przedstawicielem obszernej grupy związków naturalnych zwanych sacharydami (węglowodanami, cukrami) Ze względu na liczbę jednostek cukrowych w cząsteczce, węglowodany dzielą się na: cukry proste, inaczej monosacharydy (jednocukry), dwucukry, inaczej disacharydy, trójcukry, inaczej trisacharydy, penta-, heksa-, hepta- itd. sacharydy: oligosacharydy, wielocukry czyli polisacharydy (glikogen, skrobia, celuloza). Cukry proste ze względu na ilość atomów węgla w pojedynczej cząsteczce dzielimy na: triozy o 3 atomach węgla, np. aldehyd glicerynowy; tetrozy o 4 atomach węgla, np. treoza; pentozy o 5 atomach węgla, np. ryboza, rybuloza; heksozy o 6 atomach węgla, np. glukoza, galaktoza i fruktoza.

5 D glukoza D galaktoza D fruktoza Tabela powyżej zawiera struktury popularnych monocukrów heksoz. 200px D-glukoza D-mannoza D glukoza D glukoza D mannoza D mannoza Większość cukrów naturalnych należy do enancjomerów szeregu D. Powyższe aldoheksozy (glukoza i mannoza), jak wiele innych cukrów, występują głównie w formie cyklicznej (hemiacetalowej). Atom

6 węgla C 1 podstawiony jest grupą hydroksylową na dwa sposoby, co zaznacza się odpowiednio na wzorze taflowym: do dołu (α), albo do góry (β). Ważnymi monocukrami są także ryboza i deoksyryboza, które zawierają pięć atomów węgla (pentozy). D-ryboza D-deoksyryboza D Ryboza wchodzi w skład rybonukleozydów, nukleotydów (np. AMP, ADP, ATP, GTP, CTP, UTP), dinukleotydów (np. NAD, NADP, FAD), kwasu rybonukleinowego (RNA), niektórych koenzymów (koenzym A) i witamin (witamina B2 i B12). D Dezoksyryboza stanowi ważny element struktury DNA. Węglowodany spełniają w organizmach wielorakie funkcje: zapasowe podczas wieloetapowego spalania 1g glukozy w komórkach wyzwala się 17,2 kj energii. U roślin magazynem energii jest głównie skrobia i inulina, a u zwierząt oraz ludzi glikogen; transportowa u roślin transportową formą cukru jest sacharoza, a u zwierząt oraz ludzi glukoza; budulcowa (celuloza, hemiceluloza), wchodzą w skład DNA i RNA, stanowią modyfikację niektórych białek. Wchodzą w skład licznych receptorów komórkowych (jako np. glokoproteiny), hamują krzepnięcie krwi heparyna, są materiałem energetycznym (fruktoza) i odżywczym (maltoza, laktoza, rafinoza). Cykl Krebsa Cykl Krebsa (cykl kwasu cytrynowego) to przemiany metaboliczne, przebiegające w komórkach organizmów oddychających tlenem, służący do pozyskiwania energii z rozpadu np. cukrów, czy tłuszczów. W cyklu Krebsa utleniany jest acetylokoenzym A (acetylo-coa) do dwóch cząsteczek dwutlenku węgla (CO 2 ). Wydzielona energia magazynowana jest w chemicznych nośnikach energii: GTP, NADH

7 i FADH 2. Sumaryczny wzór cyklu Krebsa to: acetylo-coa + GDP + P i + 3NAD+ + FAD + 2H 2 0 koenzym-a + GTP + 3NADH + 3H + + FADH 2 + 2CO 2 W wyniku utleniania z jednej reszty Acetylo-CoA redukują się 3 cząsteczki NAD i jedna FAD, powstaje też cząsteczka guanozynotrifosforanu (GTP, równoważnik ATP), sumarycznie daje to 12 cząsteczek ATP zysku z jednej cząsteczki Acetylo-CoA. Niezbędnym uczestnikiem łańcucha oddechowego jest tlen. Schemat cyklu Krebsa Acetylokoenzym A jest tu cząsteczką centralną. Budowa Acetylo-CoA Zawiera on dwuwęglową resztę kwasu octowego (acetyl), przyłączoną do atomu siarki dość słabym wiązaniem, co czyni tę grupę łatwo migrującą. Acetylo-CoA jest kluczową cząsteczką wiążącą metabolizm cukrów i tłuszczów. Z jednej strony glukoza może służyć jako łatwo dostępne źródło energii chemicznej w komórkach.

8 Jedna cząsteczka glukozy daje w wyniku glikolizy dwie cząsteczki pirogronianu (ang. pyruvate), który wchodzi następnie do cyklu Krebsa. Alternatywnie, w warunkach sprzyjających magazynowaniu energii, Ac-CoA wchodzi w zakres anabolizmu kwasów tłuszczowych, jako form molekularnych pozwalających na odkładanie w organizmie energetycznych materiałów zapasowych. Schemat działania enzymu zwanego syntazą kwasów tłuszczowych. Rysunek powyżej przedstawia schemat działania enzymu zwanego syntazą kwasów tłuszczowych. Kolejno następujące po sobie ośmiokrotne przyłączenie cząsteczek acetylo-coa daje w rezultacie pierwotny produkt tego procesu: kwas palmitynowy. Kwas palmitynowy Inny szlak metabolizmu prowadzi poprzez przemianę acetylo-coa w pirofosforan izopentenylu (IPP), który następnie staje się prekursorem licznych terpenoidów.

9 Uproszczony schemat syntezy lanosterolu W świecie roślinnym należą do nich monoterpeny składniki olejków eterycznych (mentol, kamfora), lub skomplikowane układy, jak alkaloid diterpenowy taksol związek występujący w korze cisu i będący bezcennym lekiem antynowotworowym. Mentol Kamfora Taksol Z kolei w świecie zwierzęcym, lanosterol jest etapem pośrednim w syntezie cholesterolu oraz

10 wszystkich steroidowych hormonów, kwasów żółciowych i witaminy D.