Κεφάλαιο 4. Copyright The McGraw-Hill Companies, Inc Utopia Publishing, All rights reserved

Transcript

1 Κεφάλαιο 4 Copyright The McGraw-Hill Companies, Inc.

2 Οι νόμοι της Θερμοδυναμικής 1 ος Νόμος της θερμοδυναμικής (αρχή διατήρησης της ενέργειας) Η ενέργεια δεν δημιουργείται ούτε καταστρέφεται Αλλάζει μορφή ΑΛΛΑ το συνολικό ποσό παραμένει σταθερό Π.χ. καύση βενζίνης στο αυτοκίνητο μετατροπή της χημικής ενέργειας σε κινητική + θερμότητα 2 ος Νόμος της θερμοδυναμικής Σε ένα κλειστό σύστημα, η αταξία (ή εντροπία) αυξάνεται καθώς η ενέργεια διαχέεται έξω από το σύστημα.

3 Όλες οι μορφές ενέργειας καταλήγουν σε θερμότητα αύξηση της αταξίας Όλοι οι οργανισμοί πρέπει να προσλάβουν ενέργεια για να υπάρξουν. Η ύπαρξη βασίζεται σε ένα σύνολο χημικών διεργασιών που αναφέρεται ως κυτταρικός μεταβολισμός

4 CAMPBELL REECE, ΒΙΟΛΟΓΙΑ ΤΟΜΟΣ Ι, ΠΕΚ 2010 Ελεύθερη ενέργεια Η ενέργεια που είναι διαθέσιμη για έργο Τύποι αντιδράσεων Δυο Εξωεργονικές ή εξώεργες ή εξώθερμες Ενδεργονικές ή ενδόεργες ή ενδόθερμες

5 Ενέργεια ενεργοποίησης Κάθε αντίδραση προϋποθέτει αποσταθεροποίηση δεσμών Αυτό γίνεται με την παροχή ενέργειας ενεργοποίησης Ένας τρόπος ενεργοποίησης είναι η άνοδος της θερμοκρασίας αύξηση κινητικότητας μορίων χαλάρωση δεσμών Πρόβλημα: ανεκτές ΤºC από έμβια όντα Λύση: καταλύτες

6 Καταλύτες & Ένζυμα Καταλύτες Χημικά μόρια Αυξάνουν το ρυθμό αντίδρασης Δεν μεταβάλλονται Δεν καταστρέφονται Δεν επηρεάζουν τα προϊόντα της αντίδρασης Ένζυμα Οι καταλύτες των έμβιων όντων Ελαττώνουν την ενέργεια ενεργοποίησης χωρίς να την παρέχουν Επιδρούν στην ταχύτητα Δεν επηρεάζουν προϊόντααντιδρώντα της αντίδρασης

7 Ένζυμα Πολύπλοκα πρωτεϊνικά μόρια Άλλα είναι μικρά και απλά με όλα τα χαρακτηριστικά των πρωτεϊνών Άλλα είναι σύνθετα με την ανάγκη συμπαραγόντων Μικρά ανόργανα μόρια Fe, Cu, Zn, Mg, K, Ca Συνένζυμα Περιέχουν βιταμίνες π.χ. NAD νιασίνη Συνένζυμο Α παντοθενικό οξύ FAD ριβοφλαβίνη (Β 2 )

8 Δράση των ενζύμων Σύμπλεγμα (χαλαρό) ενζύμου υποστρώματος Ένωση στο ενεργό κέντρο Δημιουργία κατάλληλου περιβάλλοντος για τη μείωση της ενέργειας ενεργοποίησης

9 Εξειδίκευση ενζύμων Πολύ υψηλή λόγω της ακριβούς μοριακής συμπληρωματικότητας μεταξύ ενζύμου και υποστρώματος κατάλυση μιας μόνο αντίδρασης Κάποια καταλύουν οξείδωση Αφυδρογονάσες: αφυδρογόνωση (οξείδωση) μιας ένωσης π.χ. ηλεκτρικού οξέος από την ηλεκτρική αφυδρογονάση Άλλα υδρόλυση Πρωτεάσες: των πρωτεϊνών Λιπάσες: των λιπών Θρυψίνη

10 Δεσμοί υψηλής ενέργειας ΑΤΡ Κοινός ενδιάμεσος σε συζευγμένες αντιδράσεις Διαθέτει δεσμούς φωσφοανυδρίτη = δεσμοί υψηλής ενέργειας (παράγεται ελεύθερη ενέργεια από την υδρόλυση του για να χρησιμοποιηθεί αλλού) Είναι παράγοντας ενεργειακής σύζευξης Δεν είναι καύσιμο ούτε αποθήκη ενέργειας. Είναι «ενεργειακό νόμισμα» = παράγεται και καταναλώνεται αμέσως

11 ΑΤΡ Χωροπληρωτικό μοντέλο C: μαύρο Ν: μπλε Ο: κόκκινο Ρ: πορτοκαλί

12 CAMPBELL REECE, ΒΙΟΛΟΓΙΑ ΤΟΜΟΣ Ι, ΠΕΚ 2010

13 Συζευγμένες αντιδράσεις 4.8 Συζευγμένες αντιδράσεις Ενδεργονικές + Εξεργονικές ΑΤΡ = κοινός ενδιάμεσος = παράγοντας ενεργειακής σύζευξης

14 ΚΥΤΤΑΡΙΚΗ ΑΝΑΠΝΟΗ

15 Αερόβιος έναντι αναερόβιου μεταβολισμού Ετερότροφοι οργανισμοί Αερόβιοι Αναερόβιοι Χρησιμοποιούν Ο 2 ως τελικό παραλήπτη ηλεκτρονίων ΔΕΝ χρησιμοποιούν Ο 2 ως τελικό παραλήπτη ηλεκτρονίων

16 Επισκόπηση της Αναπνοής Αερόβιος μεταβολισμός = Κυτταρική αναπνοή = οξείδωση των μορίων του «καυσίμου» με τελικό αποδέκτη ηλεκτρονίων το Ο 2. Η οξείδωση δεν αφορά στη σύνδεση του «καυσίμου» με το Ο 2 αλλά στην αφαίρεση ηλεκτρονίων Τρία στάδια

17 Γλυκόλυση Γλυκόζη Πυροσταφυλικό 6C 2x3C 2 ΑΤΡ 2 NADH

18 Ακετυλο-Συνένζυμο Α Στρατηγικής σημασίας μόριο 1 NADH

19 Κύκλος του Krebs (ή κύκλος του κιτρικού οξέος) Παράγει (/ πυροσταφυλικό) 2 CO 2 1 ΑΤΡ 3 NADH 1 FADH 2

20 Οξειδωτική φωσφορυλίωση Παράγει 32 ΑΤΡ Η τιμή των 36 ΑΤΡ αντικαθίσταται από την πιο σύγχρονη των 30 ΑΤΡ. Η διαφορά οφείλεται στην

21 Ενεργειακή απόδοση της οξείδωσης της γλυκόζης Παράγει Γλυκόζη + 2ATP + 36 ADP +36P + 6O 2 6 CO ADP + 36 ΑΤΡ + 6 H 2 O Η τιμή των 36 ΑΤΡ αντικαθίσταται από την πιο σύγχρονη των 30 ΑΤΡ. Η διαφορά οφείλεται στην διαφορά απόδοσης των NADΗ και FADH 2 της οξειδωτικής φωσφορυλίωσης Παλιότερα ήταν: 2 NADH x 2 ATP = 4 (γλυκόλ) 8 NADH x 3 ATP = 24 2 FADH 2 x 2 ATP = 4 Το νεώτερο είναι: 2 NADH x 1.5 ATP = 3 (γλυκόλ) 8 NADH x 2.5 ATP = 20 2 FADH 2 x 1.5 ATP = 3

22 Αναερόβια αναπνοή Παράγει 2 ΑΤΡ Σημασία της Καταστάσεις ανάγκης αναερόβιες συνθήκες Έντονη δραστηριότητα Υποξικά περιβάλλοντα

23 Μεταβολισμός λιπιδίων Διάσπαση των αλυσίδων ανά 2 C κάθε φορά Στεατικό (18 C) 146 μόρια ΑΤΡ 3 γλυκόζες (18 C) 108 μόρια ΑΤΡ 1 τριγλυκερίδιο 438 μόρια ΑΤΡ + 22 ΑΤΡ (από γλυκερόλη)

24 Μεταβολισμός πρωτεϊνών

25 Σύνοψη του μεταβολισμού Αναερόβια Γαλακτικό οξύ Αιθανόλη

26 Στο επόμενο Κυτταρική Διαίρεση Γενετική