Please enable JavaScript.
Coggle requires JavaScript to display documents.
Dobivanje energije u stanici - Coggle Diagram
Dobivanje energije u stanici
Energija i konverzija energije
Energija je sposobnost obavljanja rada.
Potencijalna energija je energija stanja, uključuje energiju pohranjenu u kemijskim vezama.
Kinetička energija je energija kretanja.
Potencijalna energija se može konverzijom promijeniti u kinetičku energiju koja obavlja rad.
Živa bića postoje u skladu s zakonima termodinamike
Organizmi su otvoreni sustavi, dijelovi većeg zatvorenog sustava.
Promjene u slobodnoj energiji, ukupnoj energiji, temperaturi i entropiji odnose se prema jednadžbi G= H - TS
Spontane, egzergone reakcije oslobađaju slobodnu energiju i imaju negativan G.
Ne-spontane, endergone reakcije uzimaju slobodnu energiju, imaju pozitivan G, i nastavljaju se samo ako je dostupna slobodna energija.
Promjena u slobodnoj energiji reakcije određuje točku kemijske ravnoteže, pri kojoj se reakcije u oba smjera odvijaju u jednakoj mjeri.
Pri spontanim, egzergonim reakcijama, točka ravnoteže nalazi se blizu završetka reakcije.
ATP: prijenos energije u stanicama
ATP je energetska moneta u stanicama
Hidroliza ATP-a oslobađa relativno veliku količinu slobodne energije.
ATP ciklus povezuje egzergone i endergone reakcije, premještanjem slobodne energije iz egzergonih u endergone reakcije.
Enzimi (biološki katalizatori)
Stupanj kemijske reakcije neovisan je o G ali je određen visinom barijere aktivacijske energije.
Katalizatori ubrzavaju reakcije snižavanjem barijere.
Enzimi su biološki katalizatori, visoko specifični za svoj supstrat.
Supstrati se vežu za aktivno mjesto, gdje se odvija kataliza, i formiraju kompleks enzim-supstrat.
Na aktivnom mjestu, supstrat može biti pravilno orijentiran, kemijski modificiran ili savijen.
Rezultat je prijelazno stanje supstrata i nastavak reakcije.
Koncentracija supstrata utječe na stupanj reakcije.
Molekularna struktura određuje funkciju enzima
Aktivno mjesto određuje specifičnost enzima.
Nakon vezanja supstrata, neki enzimi mijenjaju oblik i ubrzavaju katalizu.
Neki enzimi trebaju kofaktore za katalizu. Prostetske skupine su trajno vezane za enzim. Koenzimi nisu, ulaze u reakciju kao kosupstrati, mijenjaju se s reakcijom i izlaze iz enzima.
Metabolizam i enzimska regulacija
Metabolizam je organiziran u nizove reakcija.
Produkt jedne reakcije je reaktant za iduću.
Svaku reakciju katalizira enzim.
Aktivnost enzima se regulira.
Neki spojevi nepovratno reagiraju s njima i smanjuju njihovu katalitičku sposobnost.
Drugi reagiraju reverzibilno i inhibiraju djelovanje enzima privremeno.
Spoj strukturno sličan supstratu može inhibirati enzimsko djelovanje.
Za alosteričke enzime odnos stupnja reakcije i koncentracije supstrata ima sigmoidan oblik.
Alosterički inhibitori vežu se na mjesto različito od aktivnog i stabiliziraju inaktivan oblik onzima.
Multiple katalitičke podjedinice brojnih alosteričkih enzima suradnički djeluju.
Krajnji produkt metaboličkog niza može inhibirati alosterički enzim koji katalizira početni korak niza.
Enzimi su osjetljivi ne promjenu okoliša.
pH i temperatura mijenjaju aktivnost enzima.
Dobivanje energije i elektrona iz glukoze
Pri sagorijevanju glukoze, energija se oslobađa u oblicima topline i svjetlosti:
C6H12O6 + 6 O2 6 CO2 + 6 H20 + energija
Ista jednadžba primjenjuje se na metabolizam glukoze u stanicama, ali se reakcija odvija u brojnim odvojenim koracima kako bi se energija ugradila u ATP
Pri oksidaciji tvari, elektroni prelaze na druge tvari koje se reduciraju.
Redoks reakcije prenose mnogo energije.
Velik dio energije oslobođene oksidacijom reducirajuće tvari koristi se u redukciji oksidirajuće tvari.
koenzim NAD je glavni nosač elektrona u biološkim redoks reakcijama.
Postoji u dva oblika, oksidiranom (NAD+) i reduciranom (NADH + H+)
Oslobađanje energije iz glukoze
Glikoliza se može odvijati u prisustvu ili odsustvu O2.
U aerobnim uvjetima, stanično disanje nastavlja proces razgradnje.
Oksidacija piruvata i ciklus limunske kiseline stvaraju CO2 i vodikove atome koje prenose NADH i FADH2.
Respiratorni lanac povezuje vodik s O2, oslobađajući dovoljno energije za sintezu ATP.
U nekim stanicama pri anaerobnim uvjetima, piruvat se može reducirati s NADH u laktat i regenerirati NAD potreban za održavanje glikolize.
U eukariotima se glikoliza i fermentacija odvija u citoplazmi izvan mitohondrija a oksidacija piruvata, ciklus limunske kiseline i respiratorni lanac odvijaju se u mitohondrijima.
U prokariotima se glikoliza, fermentacija i ciklus limunske kiseline odvijaju u citoplazmi a oksidacija piruvata i respiratorni lanac na plazmatskoj membrani.
Glikoliza: od glukoze do piruvata
Glikoliza se sastoji od deset reakcija kataliziranih enzimima koje se odvijaju u citoplazmi.
Glikoliza osigurava početne tvari za stanično disanje i fermentaciju.
Reakcije investiranja glikolize troše dva ATP-a po molekuli glukoze i stvaraju dvije molekule gliceraldehid 3-fosfata.
U reakcijama dobivanja energije, dvije molekule NADH i četiri molekule ATP nastaju fosforilacijom supstrata.
Dvije molekule piruvata nastaju iz svake molekule glukoze.
Metabolički nizovi
Katabolički nizovi pokreću respiratorne nizove.
Polisaharidi se razgrađuju u glukozu koja ulazi u glikolizu.
Glicerol iz masti ulazi u glikolizu, acetil CoA iz masnih kiselina ulazi u ciklus limunske kiseline.
Proteini ulaze u glikolizu i ciklus limunske kiseline preko aminokiselina.
Anabolički nizovi koriste intermedijarne komponente respiratornog metabolizma za sintezu masti, aminokiselina i drugih esencijalnih gradivnih elemenata stanične strukture i funkcije.
Regulacija energetskih nizova
Stupnjevi glikolize i ciklusa limunske kiseline se povećavaju i smanjuju djelovanjem ATP, ADP, NAD+, ili NADH + H+ na alosteričke enzime.
Inhibicija glikolitičkog enzima fosfofruktokinaze s viškom ATP-a iz oksidativne fosforilacije usporava glikolizu. ADP aktivira ovaj enzim, ubrzavajući glikolizu.
Enzim ciklusa limunske kiseline – izocitrat dehidrogenaza, inhibiran je s ATP i NADH a aktiviran s ADP i NAD+.