biochemia 11

Oxidácia metabolických palív: Hlavný proces pre život, ktorý je rozhodujúci pre energetickú činnosť organizmov.
- U vyšších organizmov sa cukry, tuky a bielkoviny plne oxidujú na kysličník uhličitý (CO₂) a vodu (H₂O).
- Počas oxidatívnej fosforylácie sa elektróny z palív prenášajú na oxidoredukčné koenzýmy a na konečného akceptora – kyslík.
Energia uvoľnená pri oxidoredukčných reakciách je konzervovaná v podobe vysoce energetických fosforylovaných zlúčenín adenozíntrifosfátu (ATP).
- Tento ATP je zdroj chemickej energie pre organizmus, ktorá sa premieňa na elektrickú alebo mechanickú energiu pre transport metabolitov, fyzické aktivity a syntézu.

Potrava a obsah energie: Kalorická hodnota potravy pre rôzne makroživiny je:
- Tuky: 9 kcal/g
- Bielkoviny: 4 kcal/g
- Cukry: 4 kcal/g
- Alkoholy: 7 kcal/g
Stupne oxidácie palív: Predstavujú dva procesy:
1. Produkcia redukovaných koenzýmov počas oxidácie palív.
2. Syntéza ATP využívajúca voľnú energiu z oxidácie redukovaných koenzýmov.
Voľná energia chemickej reakcie je maximálne množstvo energie:
- Môže byť získaná (resp. potrebná na dodanie) počas reakcie.
- Absolútna hodnota voľnej energie sa nedá merať, len rozdiel energie na začiatku a konci reakcie.
- Všetky reakcie v organizme sú reverzibilné a voľná energia metabolických reakcií závisí od ich rovnováhy.

Ak sa energia pri reakcii uvoľňuje, ide o pozitívnu voľnú energiu reakcie.
Ak sa energia pri reakcii spotrebováva, ide o negatívnu voľnú energiu reakcie.

Prenos energie: Živé organizmy sú schopné prenášať energiu medzi rôznymi molekulami bez toho, aby sa energia premieňala na teplo.

Energia sa konzervuje v chemickej forme ATP.
ATP vzniká v biosyntetických reakciách, kde sa energia spotrebováva na jeho vznik.

NAD, FAD a FMN sú hlavné redoxné koenzýmy pre prenos energie z palív na ATP.

Mitochondria: Subcelulárna organela vo veľkosti baktérie.
- Hlavná úloha: oxidácia metabolických palív a konzervácia voľnej energie.
Proces zahŕňa:
1. Oxidáciu palív za účelom tvorby redukovaných koenzýmov (v mitochondriálnom matrix).
2. Uvoľňovanie elektrónov, ktoré sa prenášajú na kyslík a tvoria vodu.

Chemická reakcia: NADH + H⁺ + O₂ → NAD + H₂O
Pri tomto procese sa uvoľňuje voľná energia, ktorá sa využíva na pumpovanie protónov do mitochondrie.
- Množstvo uvoľnenej voľnej energie: 50 kcal/mol.

Protónový gradient v mitochondrii preteká cez enzým, ktorý syntetizuje ATP z ADP a fosfátu.
Celý elektrónový transportný systém (respiračný reťazec):
- Nachádza sa na vnútornej strane mitochondriálnej membrány.
- Pozostáva z niekoľkých veľkých proteínových komplexov a dvoch malých nezávislých zložiek: ubichinónu a cytochróm c.

Existujú štyri miesta vstupu elektrónov do transportného systému (proteínové komplexy I - IV).
Súčasť komplexov: FMN, FAD, ubichinón, cytochróm c.

Transport elektrónov v mitochondrii je spriahnutý so syntézou ATP pomocou protónového gradientu.
Protóny sa pumpujú z matrixu na vnútornú membránu mitochondrie počas transportu elektrónov.
- Vytvárajú elektrochemický potenciál.

Syntézu ATP zabezpečuje enzým ATP syntáza.
- Aktivovaná a poháňaná elektrickým potenciálom.
Pomer P/O: Miera množstva syntetizovaných vysoce energetických fosfátov na množstvo spotrebovaného kyslíka.
Respiračná kontrola: Mechanizmus riadenia/spriahnutia oxidácie a fosforylácie podľa mitochondriálnej koncentrácie ADP.

Inhibitory oxidatívnej fosforylácie: Rozpájajú protónový gradient.
- Príklad: Dinitrofenol.
Inhibítory elektrónového transportu: Prerušujú tok elektrónov v respiračnom reťazci (rotenón, aktinomycín, kyanid, CO).
Inhibítory ATP syntázy: Blokujú transport protónov (napríklad oligomycín).
Inhibítory ATP:ADP translokázy: Zapríčiňujú problémy s transportom ATP do cytosolu (kyselina bongkreková, atraktylozid).

Komplexy sira-železo: Podieľajú sa na redoxných reakciách, železo je súčasťou hemoglobínu, myoglobínu a enzýmov.

Zriedkavý problém, avšak častý u menštruujúcich žien.
Nedostatok železa narušuje funkciu hemoglobínu a cytochrómov, čo ovplyvňuje energetický metabolizmus.

NADH: Produkovaný v cytosole počas metabolizmu cukrov; transport do mitochondrií vyžaduje špecifický transportér.
V bunkách ako myokard a pečeň sa používa malát-aspartátový transportér.

Mitochondria je továreň na premenu redoxnej energie na chemickú energiu vo forme ATP.
- Väčšina enzýmov energetického metabolizmu sa nachádza v mitochondriálnom matrixe.
Vnútorná membrána mitochondrie obsahuje koenzýmy potrebné na oxidatívnu fosforyláciu a protónový gradient je kľúčový pre funkčné mitochondrie.

Procesy a reakcie v mitochondriách, vrátane vstupu elektrónov, oxidácie palív, syntézy ATP a rozpojenia proteínov sú súčasťou schém, ktoré demonštrujú komplexný mechanizmus genezy energie v bunkách.