Η Βιοενεργητική έχει ως αντικείμενο της τη μελέτη του τρόπου με τον οποίο οι οργανισμοί χρησιμοποιούν την ενέργεια, για να υλοποιούν τις δραστηριότητες της ζωής. ΜΕΤΑΒΟΛΙΣΜΟΣ Το σύνολο των φυσικοχημικών διεργασιών με τις οποίες γίνεται η μετατροπή της ύλης σε ενέργεια μέσα στον οργανισμό.
ΜΕΤΑΒΟΛΙΣΜΟΣ Καταβολισμός Αναβολισμός
ΜΕΤΑΦΟΡΑ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ ΣΤΟ ΚΥΤΤΑΡΟ Η ενέργεια από τον τόπο παραγωγής : Αντιδράσεις διάσπασης-εξώθερμες Μεταφέρεται στο τόπο κατανάλωσης : Αντιδράσεις σύνθεσης -ενδόθερμες Μέσω ενός μορίου: ΑΤΡ - τριφωσφορική αδενοσίνη ΚΑΤΑΒΟΛΙΣΜΟΣ Διάσπαση πολύπλοκων ουσιών σε απλούστερες Εξώθερμες αντιδράσεις Παραγωγή ενέργειας ΑΝΑΒΟΛΙΣΜΟΣ Σύνθεση πολύπλοκων ουσιών από απλούστερες Ενδόθερμες αντιδράσεις Κατανάλωση ενέργειας
ATP ενεργειακό νόμισμα Οι χημικοί δεσμοί που ενώνουν τις δύο τελευταίες περικλείουν μεγάλο ποσό ενέργειας γι αυτό και χαρακτηρίζονται ως δεσμοί υψηλής ενέργειας. Οι δεσμοί αυτοί είναι ασταθείς και εύκολα διασπώνται με υδρόλυση
Διάσπαση και επανασύνθεση του ΑΤΡ. ATP ADP
ΑΤΡ : ΣΤΑΤΙΣΤΙΚΑ ΔΕΔΟΜΕΝΑ Ενεργειακό νόμισμα Επαναφορτιζόμενη μπαταρία Άδεια μπαταρία ΑDP - Διφωσφορική αδενοσίνη Γεμάτη μπαταρία ΑΤΡ - Τριφωσφορική αδενοσίνη Το κύτταρο δεν αποθηκεύει μεγάλο αριθμό μορίων ΑΤΡ Χρησιμοποιούνται άμεσα μέσα σε ένα λεπτό Άνθρωπος σε ανάπαυση Καταναλώνει 40 kg ATP σε 24h Σε κάθε στιγμή στο σώμα βρίσκεται το max 1gr ATP Κάθε sec παράγονται από κάθε κύτταρο 10.000.000 μόρια ATP και υδρολύονται άλλα τόσα
Μεταφορά ενέργειας από μια εξώθερμη αντίδραση σε μια ενδόθερμη μέσω του ΑΤΡ.
3.2 ΕΝΖΥΜΑ ΒΙΟΛΟΓΙΚΟΙ ΚΑΤΑΛΥΤΕΣ Μηχανισμός δράσης των ενζύμων Για να πραγματοποιηθούν πολλές από τις χημικές αντιδράσεις, ακόμη και αυτές που τελικά αποδίδουν ενέργεια (εξώθερμες), πρέπει αρχικά να προσφερθεί ενέργεια στα αντιδρώντα μόρια.
Στο περιβάλλον η ενέργεια ενεργοποίησης μπορεί να εξασφαλιστεί με προσφορά θερμότητας. Ο χρόνος που απαιτείται για την ολοκλήρωση των μεταβολικών αντιδράσεων είναι πολύ μεγάλος. Τα κύτταρα, για να αντιμετωπίσουν αυτό το πρόβλημα, διαθέτουν μηχανισμό μείωσης της ενέργειας ενεργοποίησης των μεταβολικών τους αντιδράσεων.
Ενέργεια που πρέπει αρχικά να προσφερθεί στα αντιδρώντα μόρια για να πραγματοποιηθεί μια αντίδραση ΕΝΕΡΓΕΙΑ ΕΝΕΡΓΟΠΟΙΗΣΗΣ Τρόπος διευκόλυνσης μιας μεταβολικής αντίδρασης Μείωση της ενέργειας ενεργοποίησης Δράση ενζύμων (πρωτεΐνες)
Το υπόστρωμα και το ενεργό κέντρο του ενζύμου έχουν σχέση κλειδιού-κλειδαριάς
Χωρίς καταλύτη η αντίδραση χρειάζεται υψηλότερη ενέργεια ενεργοποίησης από ότι η αντίδραση με καταλύτη Δεν υπάρχει διαφορά στο ενεργειακό κέρδος των δύο αντιδράσεων
ΕΝΖΥΜΑ ΚΑΙ ΜΕΤΑΒΟΛΙΣΜΟΣ Οι αντιδράσεις του μεταβολισμού πρέπει να γίνονται ταχύτατα Σε αυτό βοηθούν τα ειδικά πρωτεϊνικά μόρια, τα ένζυμα Διευκολύνουν τις χημικές αντιδράσεις που γίνονται στο εσωτερικό ενός οργανισμού δρώντας ως βιολογικοί καταλύτες Επιταχύνουν τις αντιδράσεις Η ταχύτητα αυξάνεται ακόμα και 100.000.000 φορές
Τρόπος δράσης των ενζύμων Προσανατολίζουν τα αντιδρώντα μόρια Υποστρώματα Σύνδεση των υποστρωμάτων στο ενεργό κέντρο του ενζύμου Κλειδί-Κλειδαριά Με την ολοκλήρωση της αντίδρασης τα προϊόντα ελευθερώνονται Ένζυμο εκ νέου έτοιμο να δράσει Τα ένζυμα, γενικά, καταλύουν αντιδράσεις που θα μπορούσαν να γίνουν και χωρίς την παρουσία τους. ΕΝΖΥΜΑ ΚΑΙ ΜΕΤΑΒΟΛΙΣΜΟΣ
Τα κύτταρα, για να αντιμετωπίσουν αυτό το πρόβλημα, διαθέτουν μηχανισμό μείωσης της ενέργειας ενεργοποίησης των μεταβολικών τους αντιδράσεων. Η σύνδεση των υποστρωμάτων με το ένζυμο έχει ως αποτέλεσμα να γίνονται ασταθείς οι δεσμοί των αντιδρώντων μορίων. Σπάνε πιο εύκολα, κάτι που αποτελεί προϋπόθεσε για το σχηματισμό των προϊόντων. Σε ορισμένες περιπτώσεις το ενεργό κέντρο των ενζύμων αποκτά σχήμα συμπληρωματικό του σχήματος του υποστρώματος μόνο μετά την πρόσδεση του υποστρώματος στο ενεργό κέντρο. Ο προσανατολισμός των μορίων - υποστρωμάτων γίνεται στο ενεργό κέντρο του ενζύμου που αποτελεί μια μικρή περιοχή του.
ΙΔΙΟΤΗΤΕΣ ΕΝΖΥΜΩΝ Η δομή του ενζύμου είναι καθοριστική για τη λειτουργία του. Πολύ γρήγορη δράση των ενζύμων. Διευκόλυνση και έλεγχος των αντιδράσεων Δεν συμμετέχουν στην αντίδραση που καταλύουν, παραμένουν αναλλοίωτα μετά το πέρας της αντίδρασης και χρησιμοποιούνται εκ νέου Κάθε ένζυμο καταλύει μια συγκεκριμένη αντίδραση. Υψηλός βαθμός εξειδίκευσης Η δραστικότητα επηρεάζεται από διάφορους παράγοντες (ph, T κ.α )
ΑΝΑΣΤΟΛΕΙΣ ΔΡΑΣΗΣ ΕΝΖΥΜΩΝ Ουσίες που μπορούν να αναστείλουν τη δράση των ενζύμων. Διακρίνονται: Μη αντιστρεπτούς: συνδέονται μόνιμα με το ένζυμο και δεν το αφήνουν να δράσει από κει και πέρα. ( π.χ διάφορα αέρια -εντομοκτόνα και ιόντα βαρέων μετάλλων, όπως τα Hg 2+, Pb 2+, Ag + ) Αντιστρεπτούς: εμποδίζουν, παροδικά μόνο, τη δράση των ενζύμων
Συμπαράγοντες ενζύμων Ουσίες, μη πρωτεϊνικής φύσης, παρουσία των οποίων είναι δραστικά ορισμένα ένζυμα. Μπορεί να είναι ανόργανα ιόντα (Zn 2+, Cu 2+, Mn 2+ κ.ά.) οργανικές ενώσεις ( π.χ. συνένζυμα) Πολλά από τα συνένζυμα είναι βιταμίνες ή περιέχουν στο μόριό τους βιταμίνες. Πρέπει να υπάρχουν στην τροφή μας
Το σύμπλοκο ένζυμο - συμπαράγοντας ονομάζεται ολοένζυμο ενώ όταν αφαιρεθεί ο συμπαράγοντας, μένει το αποένζυμο Στην περίπτωση που κάποιο ένζυμο, για να δράσει, χρειάζεται να συνδεθεί με ένα συνένζυμο, τότε μόνο του, όπως μόνο του και το συνένζυμο, θα είναι ανενεργό.
ΕΝΖΥΜΑ ΚΑΙ ΜΕΤΑΒΟΛΙΣΜΟΣ Χρήση των ενζύμων για την διευκόλυνση της καθημερινότητας μας Αντιβιοτικά Στοχεύουν στην καταστροφή ενζύμων χρήσιμων για την επιβίωση παθογόνων μικροοργανισμών Απορρυπαντικά Για την παραγωγή τους χρησιμοποιούν ένζυμα Γλυκά Για την παραγωγή τους χρησιμοποιούν ένζυμα Βελτιωτικά γεύσης Για την παραγωγή τους χρησιμοποιούν ένζυμα