ΒΙΟΧΗΜΕΙΑ ΤΟΥ ΜΕΤΑΒΟΛΙΣΜΟΥ (Θ)

Transcript

1 ΒΙΟΧΗΜΕΙΑ ΤΟΥ ΜΕΤΑΒΟΛΙΣΜΟΥ (Θ) ΠΑΡΟΥΣΙΑΣΗ 1 Η ΕΙΣΑΓΩΓΗ, ΜΕΤΑΒΟΛΙΣΜΟΣ, ΒΑΣΙΚΑ ΜΟΡΙΑ, ΒΙΤΑΜΙΝΕΣ It is a puzzle. If it is a good puzzle, you can sometimes work out the answer before the end of the book. Mark Haddon in the The Curious Incident of the Dog in the Night-Time 1

2 ΕΙΣΑΓΩΓΗ ΔΟΜΗ ΒΙΟΜΟΡΙΩΝ ΑΝΤΑΛΛΑΓΗ ΤΗΣ ΥΛΗΣ ΣΤΑ ΖΩΝΤΑ ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ ΑΛΛΑΓΗ ΔΟΜΩΝ ΕΝΕΡΓΕΙΑ ΒΙΟΧΗΜΙΚΑ ΜΟΝΟΠΑΤΙΑ ΒΙΟΕΝΕΡΓΗΤΙΚΗ ΑΝΤΛΗΣΗ ΑΝΑΓΩΓΙΚΗΣ ΙΣΧΥΟΣ ΚΑΙ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ 2

3 ΜΕΤΑΒΟΛΙΣΜΟΣ ΜΕΤΑΒΟΛΙΣΜΟΣ, ΣΤΗΝ E. COLI ΜΟΛΙΣ ΑΝΤΙΔΡΑΣΕΙΣ ΛΟΓΙΚΟΣ ΕΞΕΛΙΚΤΙΚΟΣ ΣΧΕΔΙΑΣΜΟΣ (ΣΚΟΠΟΣ) ΥΠΑΡΧΕΙ ΛΟΓΙΚΗ/ΒΙΟΛΟΓΙΚΗ (ΕΡΜΗΝΕΙΑ) ΑΝΑ ΣΕΙΡΑ ΑΝΤΙΔΡΑΣΕΩΝ ΚΑΙ ΑΝΑ ΑΝΤΙΔΡΑΣΗ ΕΝΙΟΤΕ, «ΣΤΕΡΕΟΤΥΠΕΣ» ΟΙ ΒΙΟΧΗΜΙΚΕΣ ΛΥΣΕΙΣ ΕΠΑΝΑΛΗΨΗ ΤΩΝ ΛΥΣΕΩΝ ΣΕ ΔΙΑΦΟΡΕΤΙΚΑ ΜΟΝΟΠΑΤΙΑ ΚΑΤΑΝΟΗΣΗ ΜΕΤΑΒΟΛΙΣΜΟΥ, ΟΧΙ ΑΠΟΜΝΗΜΟΝΕΥΣΗ 3

4 Βασικά στοιχεία μεταβολισμού Ως μεταβολισμός (metabolism) ορίζεται το σύνολο των χημικών μετασχηματισμών οι οποίοι πραγματοποιούνται μέσα στα κύτταρα των ζώντων οργανισμών. Οι αντιδράσεις αυτές καταλύονται από ένζυμα και καθιστούν τους ζώντες οργανισμούς ικανούς να αναπτυχθούν, να αναπαραχθούν, να αποκριθούν και να προσαρμοστούν στο περιβάλλον τους. Στο περιεχόμενο του όρου περιλαμβάνονται οι διαδικασίες πέψης και μεταφοράς των ουσιών μεταξύ των κυττάρων. 4

5 Βασικά στοιχεία μεταβολισμού Το σύνολο των αντιδράσεων του μεταβολισμού χωρίζονται σε δύο κατηγορίες: (α) Αντιδράσεις καταβολισμού, κατά τις οποίες οργανικές ουσίες που λαμβάνονται ως τροφή, ή βρίσκονται αποθηκευμένες στον οργανισμό, διασπώνται με σκοπό την παραγωγή ενέργειας. Επίσης, απλούστερες ενώσεις που προκύπτουν από διάσπαση αποβάλλονται ως μη-χρήσιμες ή τοξικές για τον οργανισμό. 5

6 Βασικά στοιχεία μεταβολισμού (β) Αντιδράσεις αναβολισμού, κατά τις οποίες χρησιμοποιείται ενέργεια και ορισμένα δομικά στοιχεία (αμινοξέα, λιπαρά οξέα, γλυκερόλη, γλυκόζη), που είτε είναι διαθέσιμα από την τροφή είτε προκύπτουν κατά τον καταβολισμό, για τη σύνθεση πολυπλοκότερων ενώσεων απαραίτητων για την ανάπτυξη και διατήρηση του οργανισμού. 6

7 ΕΝΕΡΓΕΙΑ ΚΑΙ ΕΙΔΙΚΕΣ ΛΕΙΤΟΥΡΓΙΕΣ ΡΟΗ ΤΗΣ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ ΡΟΗ ΣΤΟΝ ΟΡΓΑΝΙΣΜΟ, ΡΟΗ ΣΤΟ ΚΥΤΤΑΡΟ ΣΥΖΕΥΓΜΕΝΕΣ ΑΝΤΙΔΡΑΣΕΙΣ ΕΝΔΙΑΜΕΣΟΣ ΜΕΤΑΒΟΛΙΣΜΟΣ ΑΝΑΕΡΟΒΙΟΣ & ΑΕΡΟΒΙΟΣ ΜΕΤΑΒΟΛΙΣΜΟΣ ΑΝΑΒΟΛΙΣΜΟΣ, ΚΑΤΑΒΟΛΙΣΜΟΣ ΥΔΑΤΑΝΘΡΑΚΕΣ, ΛΙΠΟΣ, ΠΡΩΤΕΪΝΕΣ 7

8 ΒΙΟΛΟΓΙΚΟΙ ΚΑΤΑΛΥΤΕΣ ΚΑΙ ΜΗΝΥΜΑΤΑ ΕΝΖΥΜΑ, ΥΠΟΣΤΡΩΜΑΤΑ, ΘΕΡΜΟΚΡΑΣΙΑ, ph ΟΡΜΟΝΕΣ (ΠΡΩΤΑ ΜΗΝΥΜΑΤΑ) ΔΕΥΤΕΡΑ ΜΗΝΥΜΑΤΑ (camp, G-Prot., DAG, Ca++) ΒΙΤΑΜΙΝΕΣ, ΜΕΤΑΛΛΑ, ΣΥΜΠΑΡΑΓΟΝΤΕΣ ΕΞΩΤΕΡΙΚΟΙ ΠΑΡΑΓΟΝΤΕΣ (ΕΡΓΟ, ΚΟΠΩΣΗ, ΕΞΩΤΕΡΙΚΗ ΘΕΡΜΟΚΡΑΣΙΑ Κ.ΛΠ) ΡΥΘΜΙΣΗ, ΤΑΧΥΤΗΤΑ ΜΕΤΑΒΟΛΙΚΩΝ ΑΝΤΙΔΡΑΣΕΩΝ 8

9 ΚΑΤΑΛΥΣΗ, ΔΡΑΣΗ ΕΝΖΥΜΩΝ - ΔΙΕΥΚΟΛΥΝΣΗ 9

10 ΤΙ ΕΙΝΑΙ Η ΕΛΕΥΘΕΡΗ ΕΝΕΡΓΕΙΑ; G: Ελεύθερη Ενέργεια, H: Ενθαλπία, T: Θερμοκρασία, S: Εντροπία, Δ: Διαφορά Η Ελεύθερη Ενέργεια Γκιμπς είναι κυρίως χρήσιμη για θερμοχημικές διεργασίες σε σταθερή θερμοκρασία και πίεση: και ισόθερμα και ισοβαρή συστήματα. Η Ενθαλπία ή «περιεχομένη θερμότητα» είναι θερμοδυναμικό μέγεθος που αντιπροσωπεύει το ολικό ποσό ενέργειας (θερμότητας) που περιέχει ένα θερμοδυναμικό σύστημα. Η Εντροπία είναι η «αταξία» του συστήματος, της οποίας η μέγιστη τιμή αντιπροσωπεύει την πλήρη αποδιοργάνωση (ομογενοποίηση των τιμών όλων των παραμέτρων). 10

11 ΚΑΤΑΛΥΣΗ Η ΔΡΑΣΗ ΤΩΝ ΕΝΖΥΜΩΝ Η ΠΡΟΣΕΓΓΙΣΗ ΤΟΥ/ΤΩΝ ΕΝΖΥΜΙΚΟΥ ΘΥΛΑΚΟΥ/ΩΝ (ΤΣΕΠΗΣ). 11

12 ΣΥΝΕΝΖΥΜΑ ΚΑΙ ΣΥΜΠΑΡΑΓΟΝΤΕΣ 12

13 ΤΑ ΕΝΖΥΜΑ ΚΑΙ ΤΟ ph 13

14 ΤΑ ΕΝΖΥΜΑ ΚΑΙ Η ΘΕΡΜΟΚΡΑΣΙΑ 14

15 ΔΙΑΦΟΡΑ ΕΙΔΗ ΕΝΖΥΜΙΚΩΝ ΒΙΟΧΗΜΙΚΩΝ ΑΝΤΙΔΡΑΣΕΩΝ 15

16 ΜΕΤΑΒΟΛΙΚΟΙ ΧΑΡΤΕΣ 16

17 ΟΡΙΣΜΕΝΑ ΤΡΟΦΙΜΑ «ΑΥΞΑΝΟΥΝ» ΤΟ ΜΕΤΑΒΟΛΙΣΜΟ 17

18 ΤΑ «ΚΟΜΒΙΚΑ» ΜΟΡΙΑ ΜΙΑ ΟΜΑΔΑ ΑΠΟ 100 ΜΟΡΙΑ ΠΑΙΖΕΙ ΕΝΑ ΚΡΙΣΙΜΟ ΡΟΛΟ ATP, ADP, AMP, camp GTP, CTP, TTP NADH FADH2 Ac-CoA BITAMINEΣ 18

19 ΠΗΓΕΣ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ ΓΙΑ ΤΗ ΖΩΗ ΦΩΤΟΤΡΟΦΟΙ ΟΡΓΑΝΙΣΜΟΙ ΧΗΜΕΙΟΤΡΟΦΟΙ ΟΡΓΑΝΙΣΜΟΙ ΑΥΤΟΤΡΟΦΟΙ ΟΡΓΑΝΙΣΜΟΙ ΕΤΕΡΟΤΡΟΦΟΙ ΟΡΓΑΝΙΣΜΟΙ ΨΥΧΡΟΑΙΜΑ ΖΩΑ ΕΤΕΡΟΘΕΡΜΟΙ ΟΡΓΑΝΙΣΜΟΙ ΟΜΟΙΟΘΕΡΜΟΙ ΟΡΓΑΝΙΣΜΟΙ ΑΝΘΡΩΠΟΣ ΜΕΤΑΒΟΛΙΣΜΟΣ ΚΑΙ ΘΕΡΜΟΤΗΤΑ 19

20 O ΑΝΘΡΩΠΟΣ ΩΣ ΕΤΕΡΟΤΡΟΦΟΣ ΚΑΙ ΧΗΜΕΙΟ-ΤΡΟΦΟΣ ΟΡΓΑΝΙΣΜΟΣ 20

21 TO ATP ΩΣ «ΝΟΜΙΣΜΑ» ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ 21

22 TO ATP ΩΣ «ΝΟΜΙΣΜΑ» ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ 22

23 ΔΟΜΗ ΤΟΥ ATP 23

24 ΣΗΜΑΣΙΑ ΤΟΥ ATP 7,3 Kcal/mole ATP = 507,18 grams/mole ΑΤΟΜΟ ΣΕ ΑΝΑΠΑΥΣΗ ΣΥΝΘΕΤΕΙ ΚΑΙ ΔΙΑΣΠΑ 40 Kg ATP / 24ΩΡΕΣ ΣΕ ΕΝΤΟΝΗ ΚΑΤΑΠΟΝΗΣΗ 0,5 Kg ATP ΑΝΑ ΛΕΠΤΟ ΣΕ ΚΑΘΕ ΣΤΙΓΜΗ ΣΤΟ ΣΩΜΑ ΟΧΙ ΠΑΝΩ ΑΠΟ 1 grams ATP ATP ADP 24

25 Η ΣΥΝΕΧΗΣ ΑΛΛΗΛΟΜΕΤΑΤΡΟΠΗ ATP - ADP 25

26 Ο ΚΟΜΒΙΚΟΣ ΡΟΛΟΣ ΤΟΥ ΑΤΡ 26

27 ΑΠΟΘΗΚΕΥΣΗ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ ΣΤΟ ATP ΚΑΙ ΑΠΕΛΕΥΘΕΡΩΣΗ ΤΗΣ ΔΙΑΣΠΑΣΗ ΠΡΟΣ ADP Ή AMP ΑΠΟΔΙΔΕΙ ΤΗΝ ΙΔΙΑ ΕΝΕΡΓΕΙΑ ΣΤΡΑΤΗΓΙΚΗ «ΕΠΙΛΟΓΗ» ΔΙΑΣΠΑΣΗΣ ΠΡΟΣ ADP Ή AMP ΕΝΕΡΓΕΙΑ ΣΥΝΤΟΝΙΣΜΟΥ ΕΝΕΡΓΕΙΑ ΤΡΙΦΩΣΦΟΡΙΚΩΝ ΝΟΥΚΛΕΟΤΙΔΙΩΝ (ATP, GTP, CTP, TTP) ΡΟΛΟΣ ΤΗΣ ΑΔΕΝΙΝΗΣ ΣΤΗ ΖΩΗ 27

28 Η ΕΝΕΡΓΕΙΑ ΣΥΝΤΟΝΙΣΜΟΥ ΣΤΟ ATP 28

29 Η ΕΜΠΛΟΚΗ ΤΟΥ ATP ΣΤΗ ΓΛΥΚΟΛΥΣΗ 29

30 ΟΙ ΦΩΣΦΟΡΙΚΕΣ ΕΝΩΣΕΙΣ ΚΑΙ Η ΕΝΕΡΓΕΙΑ ΤΩΝ ΒΙΟΛΟΓΙΚΩΝ ΣΥΣΤΗΜΑΤΩΝ ΤΟ ΚΡΑΣΙ ΚΑΙ ΟΙ ΠΑΡΑΤΗΡΗΣΕΙΣ ΤΟΥ ΠΑΣΤΕΡ Η ΕΝΕΡΓΕΙΑ ΤΟΥ ΦΩΣΦΟΡΙΚΟΥ ΔΕΣΜΟΥ ΚΑΙ Η ΕΝΕΡΓΕΙΑ ΣΥΝΤΟΝΙΣΜΟΥ ΦΩΣΦΟΓΛΥΚΕΡΟΛΗ ΦΩΣΦΟ-ΕΝΟΛΟ-ΠΥΡΟΣΤΑΦΥΛΙΚΟ ΟΞΥ 30

31 31

32 32

33 Η ΕΝΕΡΓΕΙΑ ΥΔΡΟΛΥΣΗΣ ΤΩΝ ΔΙΑΦΟΡΩΝ ΦΩΣΦΟ-ΕΝΩΣΕΩΝ 33

34 ΤΑ ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ ΜΕ ΤΑ ΟΠΟΙΑ Ο ΟΡΓΑΝΙΣΜΟΣ ΕΜΠΛΕΚΕΤΑΙ ΣΤΗΝ ΑΠΟΔΟΣΗ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ 34

35 Ο ΛΟΓΟΣ ATP/ADP ΩΣ ΔΕΙΚΤΗΣ ΕΝΕΡΓΕΙΑΚΗΣ ΕΠΑΡΚΕΙΑΣ ΣΤΑ ΒΙΟΛΟΓΙΚΑ ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ: 0,80-0,95 35

36 ΟΞΕΙΔΩΣΗ ΚΑΙ ΑΝΑΓΩΓΗ ΤΑ ΣΥΝΕΝΖΥΜΑ NADH FADH2 ΤΡΟΦΟΔΟΣΙΑ ΤΗΣ ΑΝΑΠΝΕΥΣΤΙΚΗΣ ΑΛΥΣΙΔΑΣ AΚΕΤΥΛΟ-ΣΥΝΕΝΖΥΜΟ-Α ΩΣ ΦΟΡΕΑΣ ΑΚΕΤΥΛΟΜΑΔΩΝ (ΑΚΕΤΥΛΙΩΝ) Ή ΑΚΥΛΟΜΑΔΩΝ 36

37 NADH 37

38 Η ΑΝΑΓΩΓΗ ΤΟΥ NADH 38

39 FADH2 39

40 Η ΑΝΑΓΩΓΗ ΤΟΥ FADH2 40

41 Η ΑΝΑΓΩΓΗ ΤΟΥ FADH2 41

42 ΤΟ Ac-CoA 42

43 ΤΟ ΑΚΕΤΥΛΟΦΕΡΟΝ ΜΟΡΙΟ. ΑΠΟ ΠΟΥ ΠΡΟΕΡΧΟΝΤΑΙ ΑΥΤΑ ΤΑ ΑΚΕΤΥΛΙΑ; 43

44 ΤΑ ΣΤΑΔΙΑ ΕΞΑΓΩΓΗΣ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ ΑΠΟ ΤΙΣ ΤΡΟΦΕΣ (ΚΑΘΕΤΑ) 44

45 ΤΑ ΣΤΑΔΙΑ ΕΞΑΓΩΓΗΣ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ ΑΠΟ ΤΙΣ ΤΡΟΦΕΣ (ΟΡΙΖΟΝΤΙΑ) 45

46 AΛΛΑ ΜΟΡΙΑ «ΦΟΡΕΙΣ» ΣΤΟ ΜΕΤΑΒΟΛΙΣΜΟ 46

47 ΒΙΤΑΜΙΝΕΣ Οι βιταμίνες είναι οργανικές ουσίες απαραίτητες για την ομαλή διεξαγωγή του μεταβολισμού. Συντελούν ακόμη στην ανάπτυξη του σώματος, στη θρέψη και στην υγεία των ιστών. Αυξάνουν την άμυνα απέναντι στις λοιμώξεις. Επηρεάζουν την αναπαραγωγή και την ισορροπία του νευρικού συστήματος. 47

48 ΒΙΤΑΜΙΝΕΣ Είναι απαραίτητες, ως συνένζυμα, στον μεταβολισμό θρεπτικών συστατικών. Όπως τα ανόργανα άλατα, έτσι και οι βιταμίνες δεν προμηθεύουν ενέργεια στον οργανισμό. Δεν συντίθενται στον οργανισμό ή συντίθενται σε μικρές ποσότητες. Χωρίζονται σε λιποδιαλυτές και υδατοδιαλυτές. 48

49 ΒΙΤΑΜΙΝΕΣ Βιταμίνη βιταμίνη Α βήτα καροτένιο βιταμίνη D βιταμίνη Ε Σημαντική για αναζωογονητική - αντιρυτιδική, για παθήσεις ματιών, πρόληψη καρκίνου και καρδιαγγειακών παθήσεων. «πρόδρομος» της βιταμίνης Α (προβιταμίνη), καταστρέφει τις ελεύθερες ρίζες για τον ραχιτισμό, οστεοπόρωση, τερηδόνα και πρόωρο γήρας. καταστρέφει τις ελεύθερες ρίζες (αντιοξειδωτικός παράγοντας), την αναιμία, την στειρότητα, είναι αντιγηραντική και μειώνει τον κίνδυνο καρδιακής προσβολής. Περιέχεται σε γαλακτοκομικά προϊόντα, συκώτι, κρόκος αυγού, κρέας, ψάρια, πράσινα λαχανικά, καρότα, φρούτα κυρίως κίτρινου και πορτοκαλί χρώματος «πορτοκαλί» και «πράσινα» λαχανικά και φρούτα γαλακτοκομικά προϊόντα, μουρουνέλαιο σιτέλαιο, σογιέλαιο, καρύδια, δημητριακά, ελαιόλαδο. βιταμίνη Κ συμβάλει στην πρόληψη αιμορραγιών μιας και σχετίζεται με τον χρόνο πήξης του αίματος. αυγά, γάλα, συκώτι, πράσινα λαχανικά και σογιέλαιο. 49

50 ΒΙΤΑΜΙΝΕΣ 50

51 ΒΙΤΑΜΙΝΕΣ 51

52 52

53 Η ΓΛΥΚΟΖΗ, Ο ΕΞΕΛΙΚΤΙΚΟΣ ΤΗΣ ΡΟΛΟΣ 53

54 Η ΓΛΥΚΟΛΥΣΗ 54

55 ΟΞΥΓΟΝΟ ΚΑΙ ATP Η ΣΗΜΑΣΙΑ ΤΟΥ ΟΞΥΓΟΝΟΥ ΕΛΑΧΙΣΤΟΣ ΧΡΟΝΟΣ ΖΩΗΣ ΧΩΡΙΣ Ο2, ΙΣΩΣ 1-3 ΛΕΠΤΑ ΜΟΝΟ ΘΕΙΟ ΑΝΤΙ ΟΞΥΓΟΝΟΥ ΣΕ ΟΡΙΣΜΕΝΑ ΒΑΚΤΗΡΙΑ ΣΧΕΣΗ ΟΞΥΓΟΝΟΥ ΚΑΙ ATP 55

56 Η ΑΝΑΠΝΕΥΣΤΙΚΗ ΑΛΥΣΙΔΑ 56