Metabolizm

Struktura adenozynotrifosforanu, głównego elementu metabolizmu energii.

Metabolizm (z gr. μεταβολή 'zmiana' od μετά 'ponad, poza' i βάλλειν 'rzut') – całokształt reakcji chemicznych i związanych z nimi przemian energii zachodzących w żywych komórkach, stanowiący podstawę wszelkich zjawisk biologicznych. Procesy te pozwalają komórce na wzrost i rozmnażanie, zarządzanie swoją strukturą wewnętrzną oraz odpowiadanie na bodźce zewnętrzne.

Sygnalizacja komórkowa – część złożonego systemu komunikacji, który reguluje procesy zachodzące w komórkach i koordynuje ich aktywność. Pasożytnictwo, parazytyzm – forma antagonistycznego współżycia dwóch organizmów, z których jeden czerpie korzyści ze współżycia, a drugi ponosi szkody. Termin ten stosowany jest w biologii – w odniesieniu do dwóch organizmów różnych gatunków – oraz w socjologii, gdzie pasożytnictwem nazywany jest próżniaczy tryb życia osoby zdolnej do pracy. Zbliżonymi do pasożytnictwa formami – spotykanymi w biologii rozwoju – są szczególne taktyki rozrodcze prowadzone przez parazytoidy, pasożyty lęgowe oraz niektóre gatunki tzw. pasożytów płciowych (np. matronicowate).

Reakcje chemiczne składające się na metabolizm są zorganizowane w szlaki metaboliczne. Są to szeregi reakcji, w których produkty jednej reakcji (nazywane tu metabolitami) są używane jako substraty kolejnej reakcji, a w przekształceniach tych zwykle udział biorą enzymy. Enzymy pozwalają na przeprowadzenie reakcji, które w praktyce nie zaszłyby bez ich udziału, ponieważ byłyby termodynamicznie niekorzystne. Ich działanie polega na obniżaniu energii aktywacji i zwiększaniu szybkości reakcji, sprzęganiu ich z reakcjami spontanicznymi wyzwalającymi energię (korzystnymi termodynamicznie). Enzymy pozwalają na regulację szlaków metabolicznych w odpowiedzi na zmiany warunków wewnątrz komórki lub sygnały pochodzące spoza komórki.

Kwasy tłuszczowe – kwasy monokarboksylowe o wzorze ogólnym R-COOH (R oznacza łańcuch węglowodorowy, a COOH jest grupą karboksylową znajdującą się na końcu tego łańcucha).Adhezja (łac. adhaesio – przyleganie) – łączenie się ze sobą powierzchniowych warstw ciał fizycznych lub faz (stałych lub ciekłych).

Szlaki metaboliczne można podzielić na dwie duże klasy: przekształcające związki chemiczne z wytworzeniem energii w postaci użytecznej biologicznie oraz wymagające dostarczenia energii, aby mogły zachodzić. Pierwsze z nich, będące reakcjami egzoenergetycznymi, w czasie których następuje przekształcanie związków organicznych w energię, nazywa się reakcjami katabolicznymi lub bardziej ogólnie katabolizmem. Drugie natomiast, będące reakcjami endoenergetycznymi czyli wymagającymi dostarczenia energii, jak tworzenie glukozy, lipidów lub białek, nazywa się reakcjami anabolicznymi lub anabolizmem.

Dekarboksylacja (inaczej dekarboksylowanie) – reakcja chemiczna, w której dochodzi do usunięcia grupy karboksylowej z kwasów karboksylowych lub ich soli i estrów. W wyniku tej reakcji następuje zazwyczaj wydzielenie dwutlenku węgla. W organizmie jest wywoływana najczęściej poprzez działanie enzymów.Sinice, cyjanofity, cyjanobakterie, cyjanoprokariota (Cyanobacteria) – gromada organizmów samożywnych, dawniej uznawanych za rośliny, według nowszej taksonomii zaliczanych do Procaryota (prokarioty, królestwo bakterii).

Genetycznie uwarunkowane możliwości metaboliczne danego organizmu decydują o zakwalifikowaniu danej substancji jako „przydatnej” lub „nieprzydatnej” (lub nawet „trującej”), jej użyciu i przetworzeniu. Dla przykładu, niektóre organizmy prokariotyczne (np. bakterie z rodzaju Beggiatoa) używają siarkowodoru jako źródła energii, włączając go w swoje szlaki metaboliczne, podczas gdy m.in. dla zwierząt gaz ten jest trujący (H2S blokuje oksydazę cytochromową). Tempo metabolizmu wpływa natomiast na ilość pożywienia, jaka będzie niezbędna do prawidłowego funkcjonowania danego organizmu.

Drzewo filogenetyczne lub drzewo rodowe – graf acykliczny przedstawiający ewolucyjne zależności pomiędzy sekwencjami lub gatunkami wszystkich organizmów żywych, podobnie jak pokrewieństwo w rodzie ludzkim obrazuje drzewo genealogiczne.Bodziec (fizjologia) - uczucie, czynnik fizyczny lub biochemiczny powodujący specyficzną reakcję receptorów nerwowych lub innej komórki; bądź rozpoczynający ciąg reakcji w układach: nerwowym lub hormonalnym; zmiana środowiska zewnętrznego, w którym znajduje się dana komórka lub narząd.

Szlaki metaboliczne wykazują duże podobieństwo nawet u gatunków o niezwykle dalekim pokrewieństwie. Przykładowo zestaw enzymów, tożsamych w funkcji i niezwykle podobnych w strukturze, biorących udział w cyklu kwasu cytrynowego można znaleźć zarówno u bakterii Escherichia coli, jak i u organizmów wielokomórkowych. Ta uniwersalność szlaków metabolicznych jest prawdopodobnie efektem ich dużej wydajności, a więc istniejącej, dodatniej presji ewolucyjnej do ich podtrzymania, a także wczesnego pojawienia się w ewolucyjnej historii życia.

Reakcja redoks – każda reakcja chemiczna, w której dochodzi zarówno do redukcji, jak i utleniania. Termin redoks jest zbitką wyrazową słów redukcja i oksydacja.Skwalen – węglowodór wielonienasycony, triterpen (składa się z sześciu jednostek izoprenowych – każda po pięć atomów węgla, wszystkie w konfiguracji E); jest zaliczany do lipidów (nie jest jednak tłuszczem). Jest składnikiem płaszcza lipidowego ludzkiej skóry oraz tłuszczu wątroby rekina; Jest metabolicznym prekursorem cholesterolu i innych steroli.

Spis treści

1 Podstawowe substancje

1.1 Aminokwasy i białka

1.2 Lipidy

1.3 Węglowodany

1.4 Nukleotydy

1.5 Koenzymy

1.6 Związki nieorganiczne i kofaktory

2 Katabolizm

2.1 Trawienie

2.2 Katabolizm związków organicznych

3 Przemiana energii

3.1 Fosforylacja oksydacyjna

3.2 Energia ze związków nieorganicznych

3.3 Wiązanie energii słonecznej

4 Anabolizm

4.1 Wiązanie węgla

4.2 Węglowodany i glikany

4.3 Kwasy tłuszczowe, izoprenoidy i steroidy

4.4 Białka

4.5 Synteza i utylizacja nukleotydów

5 Porównanie strategii metabolicznych

6 Ksenobiotyki i metabolizm reakcji redoks

7 Termodynamika w organizmach żywych

8 Regulacja i kontrola

9 Ewolucja

10 Metody badawcze

11 Historia badań nad metabolizmem

12 Zobacz też

13 Przypisy

14 Bibliografia

15 Linki zewnętrzne

Podstawowe substancje

Struktura lipidu triacyloglicerolowego.

Większość struktur tworzących ciała zwierząt, roślin i innych żywych organizmów zbudowana jest z trzech podstawowych typów związków: aminokwasów, węglowodanów oraz lipidów. Podstawowe związki (np. aminokwasy) mogą łączyć się w polimery kondensacyjne, tworząc wyżej zorganizowane cząsteczki (np. białka). Polimerami kondensacyjnymi są także kwasy nukleinowe, jednak cząsteczki budujące je – nukleotydy składają się z kilku prostszych związków chemicznych. Jako że wymienione podstawowe typy związków są niezbędne dla życia, w procesach anabolicznych organizm zajmuje się ich syntezą podczas budowy swoich komórek oraz – w przypadku pożywienia – katabolicznym rozkładem i wykorzystaniem uwolnionej energii lub ewentualnie pozyskiwaniem prostszych związków na drodze rozkładu bardziej złożonych. Makrocząsteczki te stanowią składnik każdego żywego organizmu. Niektóre z nich przedstawione są w poniższej tabeli.

Procesy życiowe – czynności wspólne dla istot żywych. Dzięki nim można ustalić, że dany organizm jest istotą żywą.Ketokwasy karboksylowe (ketonokwasy karboksylowe; w skrócie ketokwasy) – rodzaj oksokwasów karboksylowych, grupa organicznych związków chemicznych zawierających jednocześnie grupę karboksylową i ketonową.

Aminokwasy i białka

Białka zbudowane są z aminokwasów, połączonych liniowo wiązaniami peptydowymi. Wiele białek to enzymy katalizujące reakcje chemiczne metabolizmu. Inne pełnią funkcje strukturalne i mechaniczne, na przykład budują cytoszkielet warunkujący kształt komórki. Są również ważnym elementem procesów takich, jak sygnalizacja komórkowa, odpowiedź immunologiczna, adhezja komórkowa, transport aktywny przez błony, cykl komórkowy i wiele innych. Przebieg większości procesów komórkowych regulowany jest przez białka.

Cholesterol – organiczny związek chemiczny, lipid z grupy steroidów zaliczany także do alkoholi. Jego pochodne występują w błonie każdej komórki zwierzęcej, działając na nią stabilizująco i decydując o wielu jej własnościach. Jest także prekursorem licznych ważnych steroidów takich jak kwasy żółciowe czy hormony steroidowe.Teoria endosymbiozy – teoria stanowiąca, że mitochondria, plastydy (jak chloroplasty) i być może inne organella komórki eukariotycznej powstały na skutek endosymbiozy pomiędzy różnymi mikroorganizmami. Zgodnie z nią niektóre organella pochodzą od wolno żyjących bakterii, które dostały się do innych komórek jako endosymbionty. Mitochondria rozwinęły się więc z proteobakterii (w szczególności zaś z Rickettsiales, kladu SAR11 lub ich bliskich krewnych), chloroplasty zaś od sinic.

Lipidy

Lipidy to bardzo zróżnicowana grupa substancji biochemicznych. Definiowane są jako hydrofobowe lub amfifilowe cząsteczki o znaczeniu biologicznym, rozpuszczalne w rozpuszczalnikach organicznych (na przykład benzenie czy chloroformie). Lipidy (u eukariota głównie fosfolipidy) budują błony biologiczne oraz są jednym ze związków magazynujących energię. Grupę lipidów stanowiąca związki zapasowe zwyczajowo określa się nazwą tłuszcze, są one zbudowanych z kwasów tłuszczowych oraz glicerolu. Cząsteczka glicerolu może być połączona z trzema cząsteczkami kwasów tłuszczowych. W praktyce istnieje kilka wersji tej podstawowej struktury, zawierających na przykład dodatkowe grupy funkcyjne, takie jak fosforany w fosfolipidach. Inna klasą lipidów, do których należy m.in. cholesterol czy estrogen są steroidy, stanowiące kolejną dużą grupę lipidów produkowanych przez komórkę.

Glikozylacja – reakcja łączenia węglowodanów z innymi związkami organicznymi z wytworzeniem wiązania glikozydowego. Produktem glikozylacji są glikozydy.Hydrofil (gr. hýder - woda + gr. phileín - lubić) – termin stosowany w ekologii i zoocenologii na określenie gatunków żyjących w środowisku wodnym. Na przykład w odniesieniu do larw Tabanidae, których larwy odbywają cały rozwój w wodzie (zbiornikach wodnych). Termin używany również w chemii w odniesieniu do substancji mających łatwość w przywiązywaniu cząsteczek wody. Takie substancje (hydrofilne) ulegają łatwemu uwodnieniu.

Węglowodany

Glukoza może występować zarówno w formie liniowej, jak i pierścieniowej.

Węglowodany to nierozgałęzione ketony lub aldehydy podstawione wieloma grupami hydroksylowymi i występujące w postaci liniowej lub pierścieniowej. Należą do najbardziej rozpowszechnionych substancji organicznych i spełniają w organizmach wiele funkcji, m.in. przechowywania i transportu energii (skrobia i glikogen), budowy struktur komórkowych (celuloza u roślin, chityna u zwierząt). Podstawowe monomery węglowodanowe, takie jak galaktoza, fruktoza i – najpopularniejsza – glukoza nazywane są monosacharydami. Mogą one łączyć się ze sobą na wyjątkowo wiele sposobów, tworząc polisacharydy.

Przeciwutleniacze (antyoksydanty, antyutleniacze) – grupa związków chemicznych, które same występując w małych stężeniach (w porównaniu z substancją podlegającą utlenianiu), wstrzymują lub opóźniają proces utleniania tej substancji. Każdy przeciwutleniacz może występować w roli prooksydanta.Homeostaza (gr. homoíos - podobny, równy; stásis - trwanie) – zdolność utrzymywania stałości parametrów wewnętrznych w systemie (zamkniętym lub otwartym). Pojęcie to zwykle odnosi się do samoregulacji procesów biologicznych. Zasadniczo sprowadza się to do utrzymania stanu stacjonarnego płynów wewnątrz- i (w organizmach wielokomórkowych) zewnątrzkomórkowych. Pojęcie homeostazy wprowadził Walter Cannon w 1939 roku na podstawie założeń Claude Bernarda z 1857 r. dotyczących stabilności środowiska wewnętrznego. Homeostaza jest podstawowym pojęciem w fizjologii. Pojęcie to jest także stosowane w psychologii zdrowia dla określenia mechanizmu adaptacyjnego.

Nukleotydy

Polimery kondensacyjne zwane DNA i RNA to długie łańcuchy zbudowane z nukleotydów. Cząsteczki te są niezbędne dla przechowywania i wykorzystywania informacji genetycznych, dzięki procesom transkrypcji i biosyntezy białek. Informacje te są chronione przez mechanizmy naprawy DNA i powielane w procesie replikacji. Genom większości organizmów zapisany jest w postaci cząsteczek DNA, jednak niektóre wirusy zwane retrowirusami przechowują informację genetyczną w nici RNA. Przykładem retrowirusa jest wirus HIV, który używa enzymu odwrotnej transkryptazy, aby utworzyć kopię DNA ze swojego genomu RNA. RNA, podobnie jak enzymy, może posiadać właściwości katalityczne i wtedy określa się je jako rybozymy, które wchodzą w skład spliceosomów czy rybosomów. Poszczególne nukleozydy powstają podczas dołączania cukru rybozy do właściwej zasady heterocyklicznej. Zasady te to związki zwane purynami i pirymidynami. W skład nukleotydów budujących RNA wchodzą adenina (A), uracyl (U), cytozyna (C) i guanina (G). W cząsteczkach DNA zamiast uracylu występuje tymina – T. Nukleotydy często pełnią też rolę koenzymów w reakcjach przenoszenia grup funkcyjnych.

Dyhydrogenaza mleczanowa (LDH) – enzym z klasy oksydoreduktaz, obecny w wątrobie, mięśnach i jelitach. Katalizuje ostatni etap szlaku glikolitycznego – przejście pirogronianu w mleczan i odwrotnie. Cząsteczka LDH jest tetramerem, złożonym z dwóch różnych podjednostek – H ("sercowej") i M ("mięśniowej"), co daje możliwość występowania w postaci pięciu izoenzymów o następującej budowie:Anabolizm – grupa reakcji chemicznych, w wyniku których z prostych substratów powstają związki złożone, gromadzące energię. Jest to ta część metabolizmu, która związana jest ze wzrostem tkanek organizmu. Często procesy metaboliczne dzieli się na anaboliczne (wzrostowe) i kataboliczne (związane z rozkładem i zanikaniem materii organicznej).

Koenzymy

Struktura koenzymu acetylo-CoA. Ruchoma grupa acetylowa związana jest z atomem siarki po lewej stronie.

Metabolizm składa się z reakcji różnego typu, większość z nich jednak można zakwalifikować do kilku podstawowych grup ze względu na rodzaj przenoszonej grupy funkcyjnej. Pozwoliło to komórkom na wykształcenie odpowiednich elementów metabolizmu odpowiedzialnych właśnie za przenoszenie tych grup pomiędzy różnymi związkami. Są one zwane koenzymami. Każdemu rodzajowi reakcji enzymatycznej przyporządkowany jest określony koenzym; w komórce trwa nieprzerwanie proces tworzenia ich, więc po pewnym czasie są one rozkładane i wykorzystywane ponownie przez odpowiednie enzymy.

Lek – każda substancja, niezależnie od pochodzenia (naturalnego lub syntetycznego), nadająca się do bezpośredniego wprowadzana do organizmu w odpowiedniej postaci farmaceutycznej w celu osiągnięcia pożądanego efektu terapeutycznego, lub w celu zapobiegania chorobie, często podawana w ściśle określonej dawce. Lekiem jest substancja modyfikująca procesy fizjologiczne w taki sposób, że hamuje przyczyny lub objawy choroby, lub zapobiega jej rozwojowi. Określenie lek stosuje się też w stosunku do substancji stosowanych w celach diagnostycznych (np. metoklopramid w diagnostyce hiperprolaktynemii) oraz środków modyfikujących nie zmienione chorobowo funkcje organizmu (np. środki antykoncepcyjne).Lipazy - grupa enzymów należących do hydrolaz. Hydrolazy wykazują niewielką specyficzność i katalizują rozkład estrów, utworzonych przez kwasy o krótkim i długim łańcuchu, nasycone i nienasycone, oraz alkohole mające łańcuch krótki lub długi, jedno- lub wielowodorotlenowe. Najważniejszą z nich jest lipaza trzustkowa (EC 3.1.1.3).

Przykładowym koenzymem jest adenozyno-5′-trifosforan (ATP), główny nośnik energii chemicznej w komórkach (oprócz niego w pewnych reakcjach zadanie to wypełniają analogiczne nukleotydy: GTP, UTP, CTP). Nukleotyd ten używany jest do przenoszenia energii chemicznej pomiędzy poszczególnymi reakcjami. Komórki zawierają stosunkowo niewielką ilość ATP, ale zapasy tego związku są nieprzerwanie odnawiane, toteż organizm ludzki zużywa w ciągu doby ilość ATP odpowiadającą masie jego ciała. ATP stanowi łącznik pomiędzy katabolizmem i anabolizmem, jako że reakcje kataboliczne generują jego cząsteczki, zaś reakcje anaboliczne rozkładają je do adenozynodifosforanu (ADP). Związek ten pełni także funkcję nośnika reszt fosforanowych w reakcjach fosforylacji.

Chloroform (łac. chloroformium) – organiczny związek chemiczny z grupy halogenoalkanów, chlorowa pochodna metanu. Aldehydy (skrót od alcohol dehydrogenatus) grupa związków organicznych posiadających grupę aldehydową, czyli grupę karbonylową (C=O) połączoną z jednym (-CHO) lub dwoma (CH2O) atomami wodoru. Proste aldehydy, będące pochodnymi alkanów i zawierające w cząsteczce jedną grupę aldehydową to alkanale o wzorze ogólnym CnH2n+1CHO.

Witaminy to związki organiczne potrzebne organizmowi do prawidłowego funkcjonowania, jednak niemożliwe do wytworzenia w komórkach. U człowieka większość witamin funkcjonuje jako zmodyfikowane koenzymy; dla przykładu, wszystkie witaminy rozpuszczalne w wodzie występują w komórkach w postaci ufosforylowanej lub są połączone z nukleotydami. Dinukleotyd nikotynoamidoadeninowy (NADH), pochodna witaminy B3 (niacyny), jest ważnym koenzymem pełniącym funkcję akceptora wodoru. Setki różnych typów dehydrogenaz odbierają elektrony substratom reakcji (utleniają i redukują NAD do NADH. Ta zredukowana postać koenzymu staje się następnie substratem przy tworzeniu różnych reduktaz, enzymów zajmujących się redukcją związków chemicznych. Dinukleotyd nikotynoamidoadeninowy występuje w komórce w dwóch powiązanych ze sobą formach, NADH i NADPH. Formy NAD/NADH są częściej wykorzystywane w reakcjach katabolicznych, podczas gdy NADP/NADPH mają duże znaczenie dla przebiegu reakcji anabolicznych.

Ciśnienie osmotyczne – różnica ciśnień wywieranych na półprzepuszczalną membranę przez dwie ciecze, które ta membrana rozdziela. Przyczyną pojawienia się ciśnienia osmotycznego jest różnica stężeń związków chemicznych lub jonów w roztworach po obu stronach membrany i dążenie układu do ich wyrównania.Sozologia (gr. sódzo=ochraniam, sódzein=ochraniać + lógos=nauka) - nauka o czynnej ochronie środowiska naturalnego, nauka zajmująca się problemami ochrony środowiska, przyczynami i następstwami niekorzystnych zmian w strukturze i funkcjonowaniu układów przyrodniczych (ekologicznych), zmian wynikających z rozwoju cywilizacji oraz sposobami zapobiegania im i łagodzenia ich skutków. Sozologia to nauka zajmująca się problemami ochrony przyrody i jej zasobów, bada przyczyny i skutki przemian w naturalnych lub zmienionych przez człowieka układach przyrodniczych, zachodzących na skutek procesów antropogenicznych. Poszukuje skutecznych sposobów zapobiegania degradacji środowiska, w zakresie środowiska wodnego zajmuje się jego ochroną przed zanieczyszczeniem, eutrofizacją i degradacją wód. W ramach sozologii są opracowywane praktyczne metody działania zmierzające do zapobiegania lub łagodzenia skutków niekorzystnych zmian środowiska.

Związki nieorganiczne i kofaktory

Struktura hemoglobiny. Czerwone i niebieskie elementy to podjednostki białkowe, zielone to grupy hemowe zawierające żelazo.

Na około 99% masy przeciętnego ssaka składa się dziewięć pierwiastków: węgiel, wodór, tlen, azot, siarka, wapń, chlor, sód i potas. Związki organiczne (białka, lipidy i węglowodany) skupiają większość węgla i azotu, podczas gdy największa część tlenu i wodoru zawarta jest w wodzie. Wapń, chlor, sód i potas oraz pozostałe pierwiastki występujące w organizmach żywych są z kolei głównymi komponentami nieorganicznych związków chemicznych, z których cześć występuje w dużej ilości, natomiast inne potrzebne są w ilościach śladowych.

Grupa acylowa (acyl) – grupa funkcyjna utworzona formalnie poprzez oderwanie przynajmniej jednej grupy hydroksylowej od cząsteczki kwasu tlenowego posiadającego wzór ogólny RmE(=O)n(OH)x (n ≠ 0) lub analog takiej grupy. Terminem tym określa się zazwyczaj grupę pochodzącą od kwasu karboksylowego posiadającą wzór ogólny −C(=O)R i występującą w pochodnych tych kwasów, m.in. chlorkach kwasowych.Stopień utlenienia (liczba utlenienia) – formalna wartość ładunku atomu w związku chemicznym przy założeniu, że wszystkie wiązania chemiczne w danej cząsteczce mają charakter wiązań jonowych. Suma stopni utlenienia wszystkich atomów w cząsteczce obojętnej oraz dla wolnych pierwiastków wynosi 0, a w jonach ma wartość ładunku jonu.

U większości organizmów główną część występujących w nich związków nieorganicznych stanowią jonowe elektrolity, takie jak jony sodu, potasu, wapnia, magnezu, chlorki, fosforany oraz wodorowęglany. Dokładne wartości stężeń poszczególnych jonów regulują mechanizmy ciśnienia osmotycznego i pH. Związki nieorganiczne stanowią główny składnik struktur takich jak szkielet i muszle u tych organizmów, które je posiadają. Jony są również niezbędne do prawidłowego funkcjonowania komórek nerwowych i mięśni, jako że potencjał czynnościowy, pobudzający je do działania, powstaje podczas wymiany elektrolitów pomiędzy płynem pozakomórkowym a cytozolem. Elektrolity dostają się do komórek i wydostają z nich poprzez kanały tworzone przez białka błony komórkowej zwane kanałami jonowymi. Przykładowo napięcie mięśniowe zależne jest od przepływu jonów wapnia, sodu i potasu przez owe kanały i tubule T (wpuklenia w błonie komórkowej włókien mięśniowych przyspieszające rozprzestrzenianie się impulsów elektrycznych).

RuBisCO, karboksylaza/oksygenaza rybulozo-1,5-bisfosforanu, karboksydysmutaza (ang. ribulose bisphosphate carboxylase-oxygenase) – (EC 4.1.1.39) enzym występujący w komórkach roślin. Jest to niezwykle rozpowszechniony enzym katalizujący reakcję przyłączenia cząsteczki dwutlenku węgla do rybulozo-1,5-bisfosforanu (RuBP) w tak zwanej fazie ciemnej procesu fotosyntezy. In vivo enzym jest aktywny w obecności światła. Działanie enzymu związane jest też z fotooddychaniem gdzie RuBisCO funkcjonuje jako oksygenaza, katalizująca rozbicie cząsteczki r-1,5-bisfosforanu z udziałem tlenu cząsteczkowego na fosfoglicerynian i fosfoglikolan. RuBisCO jest białkiem, które stanowi ok. 50% wszystkich rozpuszczalnych białek występujących w liściach roślin.Druga zasada termodynamiki – jedno z podstawowych praw termodynamiki, stwierdzające, że w układzie termodynamicznie izolowanym istnieje funkcja stanu, która z biegiem czasu nie maleje.

Metale przejściowe występują w organizmach w ilościach śladowych, z których najbardziej rozpowszechnione to cynk i żelazo. Metale te są składnikami niektórych białek i kofaktorów, są również niezbędne dla funkcjonowania takich enzymów jak katalaza oraz białek transportujących tlen, na przykład hemoglobiny. Kofaktory te związane są trwale z jednym typem białka, mimo że kofaktory enzymów mogą podczas katalizy ulegać modyfikacjom, po przeprowadzeniu reakcji zawsze wracają do postaci pierwotnej. Metale będące mikroelementami są przenoszone do komórek organizmu za pomocą specyficznych przenośników i wiązane z białkami przechowującymi je, np. ferrytyną czy metalotioneiną.

Glukozo-6-fosforan – organiczny związek chemiczny z grupy aldoz, pochodna glukozy ufosforylowana w pozycji 6. Występuje powszechnie w organizmach żywych.Przeciwciała, immunoglobuliny – rodzaj białek wydzielanych przez komórki plazmatyczne (czyli pobudzone limfocyty B) w przebiegu odpowiedzi odpornościowej typu humoralnego. Charakteryzują się one zdolnością do swoistego rozpoznawania antygenów.

Katabolizm

Katabolizm stanowi grupa reakcji chemicznych, w których następuje rozkład lub utlenianie złożonych związków organicznych do związków prostszych z uwolnieniem energii. Ich wspólnym celem jest dostarczenie energii lub substratów niezbędnych do podtrzymania procesów życiowych organizmu. Szczegółowy charakter tych procesów jest różny dla poszczególnych grup organizmów. Jednak wszystkie te formy metabolizmu mają na celu utworzenie potencjału redoks pozwalającego na przenoszenie elektronów pomiędzy zredukowanymi cząstkami (takimi jak np. materia organiczna, amoniak, siarkowodór, jony żelaza) a akceptorami (na przykład tlenem, azotanami i siarczanami). W metabolizmie zwierząt reakcje te prowadzą do rozkładu cząstek organicznych do prostych związków, najczęściej dwutlenku węgla i wody, z uwolnieniem energii.

Sekwencja aminokwasów, struktura pierwszorzędowa białka, struktura pierwotna białka – pierwszy poziom organizacji, na którym można opisać budowę białka. Opisuje liniowy układ aminokwasów w łańcuchu polipeptydowym zgodny z kodem genetycznym.Alkany (łańcuchowe węglowodory nasycone, parafiny od łac. parum affinis – mało reaktywne) – organiczne związki chemiczne zbudowane wyłącznie z atomów węgla i wodoru, przy czym atomy węgla połączone są ze sobą wyłącznie wiązaniami pojedynczymi.

Najpowszechniejszy schemat reakcji katabolicznych w organizmach zwierząt można podzielić na trzy główne etapy. Podczas pierwszego z nich duże cząsteczki substancji organicznych – białek, polisacharydów czy lipidów są trawione w układzie pokarmowym do mniejszych cząsteczek. Następnie są one transportowane do komórek i rozkładane do jeszcze prostszych związków (najczęściej acetylo-CoA), podczas czego uwalniana jest energia. Wreszcie grupa acetylowa utleniana jest do dwutlenku węgla w cyklu Krebsa podczas którego energia przenoszona jest na NADH i GTP. Powstały NADH ulega utlenieniu w łańcuchu oddechowym, wyzwalając energię przechowywaną ostatecznie w ATP. Na tym etapie protony z NADH przenoszone są na tlen co prowadzi do wytworzenia drugiego produktu pełnego utlenienia związków organicznych – wody.

Kręgowce (Vertebrata, od łac. vertebra – kręg) – najliczniejszy podtyp strunowców (Chordata), mocno zróżnicowany morfologicznie; obejmujący kręgouste, ryby, płazy, gady, ptaki i ssaki. Dotychczas opisano około 58 000 gatunków kręgowców, co stanowi około 5% opisanych gatunków zwierząt. Wielkość współcześnie żyjących kręgowców waha się od 7,7 mm u żab Paedophryne amauensis do 33,9 m u płetwala błękitnego. Cechują się obecnością tkanki kostnej, mają dwuboczną symetrię ciała z dobrze wyodrębnioną głową. Szkielet wewnętrzny stanowi podporę dla tkanek i narządów w trakcie rozwoju, umożliwiając osiąganie dużych rozmiarów. Charakterystyczną cechą kręgowców jest posiadanie czaszki, kręgosłupa i dwóch par kończyn. Układ mięśniowy składa się z dwóch mas mięśni położonych równolegle po bokach kręgosłupa. Ruch odbywa się dzięki skurczom mięśni, przyczepionych do kości lub chrząstek.Błona komórkowa, plazmolema, plazmolemma (cytolemma, plasmolemma) – półprzepuszczalna błona biologiczna oddzielająca wnętrze komórki od świata zewnętrznego. Jest ona złożona z dwóch warstw fosfolipidów oraz białek, z których niektóre są luźno związane z powierzchnią błony (białka peryferyjne), a inne przebijają błonę lub są w niej mocno osadzone białkowym lub niebiałkowym motywem (białka błonowe).

Trawienie

Makrocząsteczki takie jak skrobia, celuloza czy białka nie mogą być bezpośrednio wchłonięte przez komórki, muszą więc zostać wcześniej rozłożone do mniejszych cząsteczek. Głównymi grupami enzymów trawiennych są: proteazy rozkładające białka na aminokwasy, glukozydazy depolimeryzujące polisacharydy czy lipazy rozkładające lipidy do kwasów tłuszczowych. Mikroorganizmy wydzielają enzymy trawienne do swojego otoczenia, podczas gdy zwierzęta produkują je w odpowiednio wyspecjalizowanych komórkach w przewodzie pokarmowym. Aminokwasy i cukry uwolnione przez te pozakomórkowe enzymy są następnie transportowane do wnętrza komórek za pomocą specjalnych białek w procesie transportu aktywnego.

Adenina (gr. ἀδήν aden – gruczoł), 6-aminopuryna – organiczny związek chemiczny z grupy puryn, jedna z pięciu zasad azotowych, wchodzących w skład podstawowych nukleotydów kwasów nukleinowych (DNA i RNA). W dwuniciowych kwasach nukleinowych adenina tworzy parę komplementarną z tyminą lub uracylem za pomocą dwóch wiązań wodorowych.Mięsień (łac. musculus) – kurczliwy narząd, jeden ze strukturalnych i funkcjonalnych elementów narządu ruchu, stanowiący jego element czynny. Występuje u wyższych bezkręgowców i u kręgowców. Jego kształt i budowa zależy od roli pełnionej w organizmie.

Katabolizm związków organicznych

Uproszczony schemat katabolizmu białek, węglowodanów oraz tłuszczów.

Wspólną cechą szlaków katabolicznych jest rozkładanie związków organicznych do mniejszych cząsteczek, w wyniku czego uwolniona zostaje energia w formie użytecznej dla komórki. Powstające małe cząsteczki chemiczne mogą być wykorzystane w komórce lub wydalane z niej. Katabolizm węglowodanów polega głównie na rozkładaniu ich na mniejsze cząsteczki. Są one transportowane do komórek wkrótce po rozłożeniu do monosacharydów. Kolejnym etapem katabolicznego szlaku glukozy jest glikoliza, podczas której, z cukrów takich jak glukoza czy fruktoza powstaje kwas pirogronowy oraz energia wiązana w ATP. Kwas pirogronowy jest elementem występującym w kilku szlakach metabolicznych, jednak zdecydowana większość jego cząsteczek jest przekształcana w acetylo-CoA i włączana w cykl kwasu cytrynowego. Mimo że podczas samego cyklu powstaje również kilka cząsteczek ATP, jego najważniejszym produktem jest NADH powstałe z NAD w chwili utleniania acetylo-CoA. Produktami końcowymi procesu utlenienia glukozy są cząsteczki CO2, H2O oraz energia. Alternatywną drogą rozkładu glukozy jest szlak pentozofosforanowy, podczas którego następuje redukcja koenzymu NADPH i produkcja cukrów z grupy pentoz takich jak ryboza – cukrowy komponent kwasu nukleinowego.

Chromatografia (gr. χρῶμα (chrōma) = barwa + γράφω (graphō) = piszę) to technika analityczna lub preparatywna służąca do rozdzielania lub badania składu mieszanin związków chemicznych.Amfifilowość – zjawisko obserwowane w przypadku niektórych związków chemicznych, polegające na jednoczesnej niepełnej rozpuszczalności danego związku w dwóch różnych rozpuszczalnikach (hydrofilowym i hydrofobowym).

W warunkach beztlenowych pirogronian redukowany jest do kwasu mlekowego za pomocą enzymu dehydrogenazy mleczanowej, utleniającej ponownie NADH do NAD, który może być ponownie użyty w glikolizie. Drugim sposobem odtworzenia NAD jest dekarboksylacja pirogronianu do aldehydu octowego, a następnie jego redukcja do etanolu przez dehydrogenazę alkoholową. Oba procesy nazywane są fermentacjami. W świecie mikroorganizmów zachodzi wiele innych fermentacji, poza opisanymi powyżej.

Cykl ornitynowy, cykl mocznikowy, mocznikowy cykl Krebsa – cykl metaboliczny (Szlak metaboliczny) trzech aminokwasów: ornityny, cytruliny i argininy prowadzący do powstania mocznika.tRNA, transportujący (transferowy) RNA (ang. transfer RNA) − najmniejsze (składające się z kilkudziesięciu nukleotydów) cząsteczki kwasu rybonukleinowego (RNA), których zadaniem jest przyłączanie wolnych aminokwasów w cytoplazmie i transportowanie ich do rybosomów, gdzie w trakcie procesu translacji zostają włączone do powstającego łańcucha polipeptydowego. tRNA cechuje wysoka specyficzność w stosunku do aminokwasów. Każdy z aminokwasów syntetyzowanego białka może być transportowany przez jeden, a niektóre przez kilka różnych tRNA. Cząsteczki tRNA występują w komór­kach w stanie wolnym bądź też związane ze specyficznym aminokwasem. Kompleks tRNA-aminokwas nosi nazwę aminoacylo-tRNA.

Katabolizm tłuszczów odbywa się poprzez proces hydrolizy, podczas którego uwalniane są kwasy tłuszczowe i glicerol. Glicerol przechodzi glikolizę, zaś kwasy tłuszczowe rozpadają się podczas beta-oksydacji z wytworzeniem acetylo-CoA, wchodzącego następnie w cykl kwasu cytrynowego. Utlenianie grama kwasów tłuszczowych wyzwala więcej energii niż utlenianie tej samej ilości glukozy, ponieważ węglowodany zawierają w swych strukturach więcej tlenu.

Hydroliza – reakcja podwójnej wymiany (często odwracalna), która przebiega między wodą i rozpuszczoną w niej substancją. W jej wyniku powstają nowe związki chemiczne. Jest szczególnym przypadkiem liolizy (solwolizy). Często przebiega w obecności katalizatorów (kwasów lub zasad). Hydrolizę wykorzystuje się w przemyśle chemicznym (np. hydroliza wielocukrów na cukry proste lub hydroliza chlorobenzenu do fenolu).Kwas szczawiowooctowy – organiczny związek chemiczny z grupy dikarboksylowych ketokwasów, jeden ze składników zapoczątkowujących cykl Krebsa – drugim jest Acetylo-CoA.

Aminokwasy mogą być użyte jako materiał do budowania białek i innych cząsteczek, lub też – po utlenieniu do mocznika, wody i dwutlenku węgla – jako źródło energii. Proces oksydacji zaczyna się od usunięcia grupy aminowej podczas transaminacji. Wchodzi ona w cykl ornitynowy, pozostawiając szkielet węglowy w postaci ketokwasu. Niektóre z tych kwasów pełnią później różne role w cyklu kwasu cytrynowego, na przykład deaminują glutaminian – kwas α-ketoglutarowy. Aminokwasy glukogenne mogą również przekształcić się w glukozę w procesie glukoneogenezy (patrz poniżej).

mRNA, matrycowy (informacyjny, przekaźnikowy) RNA (z ang. messenger RNA) – rodzaj kwasu rybonukleinowego (RNA), którego funkcją jest przenoszenie informacji genetycznej o sekwencji poszczególnych polipeptydów z genów do aparatu translacyjnego.Świat RNA – hipotetyczna faza rozwoju życia, w której RNA było zarówno nośnikiem genów, jak i pełniło rolę enzymów.

Podstrony: 1 [2] [3] [4] [5] [6] [7]