5. METABOLIZAMOrganizam- neprestano treba energiju Tvari za dobivanje energije- hrana i kisik

Metabolizam mijena tvari - razliite biokemijske reakcije u ivim st. i tkivima - kemijske i energetske promjene tvari uz oslobaanje energije- dio energije se pohranjujekemijski vezana energija - dio se oslobaa kao toplinaMetaboliki putevi koji omoguuju ivot izuzetno su sloeni i meusobno isprepleteni

Metabolizam :Katabolizam - razgradnja skup metabolikih putova koji sloene makromolekule razgrauju na manje molekule oslobada se energija uglavnom oksidacijski procesi

Anabolizam - biosinteza biosinteza sloenih makromolekula iz manjih molekula pretea (prekursora) troi energiju pohranjenu u visoko-energetskim molekulama kao to je ATP adenozin-trifosfat uglavnom se radi o reakcijama redukcije

Hrana kao izvor energije

Bazalni metabolizam- iz hrane dobivamo energiju za rad pojedinih fiziolokih sustava u tijelu u mirovanju Radni metabolizam- za koristan rad organizma Hranidbene tvari- UH, bjelanevine, masti, minerali, vitamini i voda - nakon probave razgraene tvari putuju kroz sluznicu crijeva u krv i do svih st.Mitohondriji: proizvodnja glavnog djela energije osloboene razgradnjom UH i masti - energija dobivena oksidacijom hrane transformira se u- ATP posebni prijenosnik slobodne energije

ATP- nukleotid kemijska struktura baza adenin, eer riboza i tri fosfatna radikala dva radikala vezana tzv. energijom bogatim vezovima Energija veze- 30,5 kJ ATP-Pi ADP PiAMP 30,5 kJ 30,5kJ

Metabolikom razgradnjom UH, bjelanevina i masti - oslobaa se toplinska energija 40-60% ukupne energije hrane - termoprodukcijaKalorimetar- mjerenje energetske vrijednosti hrane -Uzorak dehdrirane hrane spaljuje se uz prisustvo kisika do pepela - osloboena toplina preraunava se u J- osnovna jedinica za energiju Izmeu utroka i prinosa energije- mora biti ravnotea -Vea potronja E- org. smanjuje tjelesnu masu - vei unos E- poveanje tjelesne mase

Minerali, ioni i vitamini - ne sadre energetske zalihe - nuni u izgradnji i odravanju funkcija organizma -Nedostatak Fe slabokrvnost (anemija) - J- guavost - Ca- razvoj kostiju i zubi

Vitamini- bioloki regulatori kemijskih reakcija - djeluju u malim koliinama u metabolikim reakcijama manjak- hipovitaminoza - nedostatak- avitamonoza - viak- hipervitaminoza

Regulacija eera u krvi-glukoza- glavni izvor energije u st. -sloeni eeri jednostavni eeri glukoza IZVAN STANICE -U STANICI razgradnja glukoze i oslobaanje energije za sintezu ATP uz prisustvo O2 C6H12O6 + 6O2 6CO2 + 6 H20 + E-E se dobiva oksidacijom glukoze

-eeri- iz probavila prenose se krvlju do st. - stalna koliina u krvi -Normoglikemija- odravanje normalne konc. glukoze u krvi (GUK) - Hiperglikemija- porast GUK - porast osmotskog tlaka (krv hipertonina) - Hipoglikemija- sniena razina GUK - st. sniene biokemijske i energetske reakcije -Molekula glukoze - Bez posrednika- u st. mozga, jetre, crijeva, eritrocite - za veinu st. prevelika za prijenos difuzijom -Specifini prijenosnik inzulin

Poviena razina eera u krvi stimulira st. Langerhansovih otoia u guterai (inzulin)- prebace eer u jetrene stanice i miie -viak eera se polimerizira u glikogen - kod hipoglikemije- glikogen se depolimerizira i otputa u krv- stimulira hormon glukagonHormoni endokrine guterae

Beta stanice INZULIN

Langerhansovi otoii Alfa staniceGLUKAGON

kapilare

razina glukoze u krvi guteraa

Osim glukagona razgradnja glukoze- hormon nadbubrene lijezde- adrenalin Oslobada se u krv- djelovanjem ivanog sustava npr. u stresu - ubrzava oslobaanje energije iv. sustav bre provodi impulse

Kod gladovanja, ako nema priuvnog glikogena, org. stvara glukozu iz ne UH spojeva (glukoneogeneza) -prvo masti, a zatim tkivne bjelanevine Stimuliraju hormoni - nadbubrene lijezde- glukokortikoid - titnjae- tiroksin

METABOLIZAM CH1 g glukoze spaljen u kalorimetru 15,96 kJ energije 1 mol glukoze (180 g) 2872 kJ 1. glikoliza (do piruvata) 2. ciklus limunske kiseline 3. oksidativna fosforilacija CITOSOL MITOHONDRIJ MITOHONDRIJ

1. GLIKOLIZA Glukoza- fosfolilacijom u glikolizi 2 piruvataC6H12O6 + 2NAD+ + 2ADP + 2Pi 2 C3H4O3 + 2 NADH + 2 H+ + 2 ATP + 2 H2O

2. KREBSOV CIKLUS Oksidativna dekarboksilacija piruvata NADH piruvat + CoA acetil CoA Acetil CoA + oksaloacetat limunska kiselina Direktno -sinteza ATP Indirektno NAD+ NADH FAD FADH2

acetil-CoA + 3NAD+ + FAD + ADP + Pi + 2 H2O 2 CO2 + 3 NADH + FADH2 + ATP + 2 H+ + CoA

3. OKSIDATIVNA FOSFORILACIJA - energijom bogati elektroni se izdvajaju iz molekula NADH i FADH2 -Elektroni - prenose se putem elektirki pozitivnih citokroma na O2 - oksidiraju kisik postupno otputajui energiju - koristi se za stvaranje protonskog gradijenta- koristi za sintezu ATP - Proces sinteze ATP kad se e- prenose s a NADH i FADH2 na O2 - Kod aerobnih org. glavni izvor EOksidacijom NADH 3 ATP FADH2 2 ATP

-iz Krebsovog ciklusa: 3 NADH, FADH2--11 ATP x 2 -iz glikolize 2 NADH 4 ATP (glicerol-fosfatnim putem) - iz dekarb. piruvata NADH 3 ATP x 2 -Ukupno 32 ATP

I molekula glukoze = 36 molekula ATP 2 ATP glikoiza 2 ATP Krebsov ciklus 32 ATP oksidativna fosforilacija Oksidacijom 1 mol glukoze= 2872 kJ Slobodna E u ATP = 1101kJ (1 ATP 30,5kJ) Termodinamika efikasnost nastanka ATP Iz glukoze= 1101/2872= 38%

Glukoza + 36 ADP + 36 Pi + 36 H+ + 6 O2 6 CO2 + 36 ATP + 42 H2O

36 ATP/glukoza aerobna oksidacija UH

2 ATP/glukoza anaerobna oksidacija UH

Laktat- najstaje u miiu kad je brzina glikolize vea od brzine ciklusa limunske kiseline

Glukoneogeneza -Sinteza glukoze iz ne UH prekursora laktat, AK i glicerol --piruvat se prevodi u glukozu - vano- neka tkiva (mozak) potpuno ovise o glukozi Laktat- miii AK- iz proteina hrane - gladovanjem- razgradnja proteina miia Glicerol- razgradnjom masti

-Prvenstveno u jetri, bubrezi, u mozgu, miiima

Za sintezu glukoze iz 2 molekule piruvata troi se est visokoenergijskih veza (6 ATP-a), dok se u glikolizi dobivaju 2 ATP po molekuli glukoze.

METABOLIZAM BJELANEVINA AK nastale probavom bjenlanevina (pepsin, tripsin, peptidaze) prvo se moraju osloboditi amino skupine deaminirati (nastaje amonijak) u jetri AK + NAD+ + H2O piruvat + NADH + NH3 Deaminirane AK- ukljuuju se u Krebsov ciklus E bilanca 3 ATP (NADH) + 12 ATP (Krebs) = 15 ATP

NH3 osloboen deaminacijom akU veim konc. toksian za organizam -nizom reakcija u jetri pretvara u ureju 2NH3 + CO2 H2N-C-NH2 + H2O O - urea- iz tijela - bubrezima

Ciklus duika iz AK prema urei: Spojevi koji veu duik prikazani su uto!

METABOLIZAM MASTI-Masti (trigliceridi) esteri glicerola na kojeg su vezane 3 masne kiseline -- zasiene- stearinska, palmitinska -- nezasiene- oleinska, linolna -- u razliitim omjerima u mastima tijela trigliceridi glicerol + masne kiseline MASNE STANICE glicerol gliceraldehid (glikoliza) CITOSOL masne kiseline -oksidacijom acetil CoA ciklus limunske kiseline MITOHONDRIJ

Razgranja masti u st. za energetske potrebe-u sisavaca- nakupljaju se masti u citoplazmi masnih (adipoznih) stanica -brzo se mogu mobilizirati i razgraditi u jetri do masnih kiselina i kao takvi krvlju transportirati do odredinog tkiva - imaju veliku koliinu energije -jednostavne masti u potkonom masnom tkivu, oko bubrega, trbuna upljina, U miiima= spremina masttermiki izolator Glicerol- moe u jetri prijei u piruvat (glikoliza) ili glukozu (glukoneogeneza) Masne kis. ne mogu se pretvoriti u glukozu -oksidacija masnih kiselina se temelji na stupnjevitom skraivanju lanca masne kiseline za 2 C atoma 5 ATP -oksidacijom + 12 ATP Krebs 17 ATP Zasiena mkBr. Odvajanja = (br. C at. / 2) -1 ATP= BO x17 + 12 (Krebs) Npr. Stearinska 18 C at. ATP= (8 x 17) + 12 = 148 ATP

Acetil-CoA nastao razgradnjom masti i UH ulazi u ciklus limunske kiseline - ovisi o rasploivom oksaloacetatu -kad prevladava razgradnja masti- manjak oksaloacetata -Acetil-CoA ide u smjeru stvaranja ketonskih tijela sinteza u jetri -2 acetil-CoA + H2O acetoacetat + 2 CoA + H+ 3-hidroksibutirat aceton

Acetoacetat, 3-hidroksibutirat i aceton se nazivaju ketonska tijela. - difundiraju krvlju do tkiva - koriste se kao molekule goriva, tj. kao izvori energije.Npr. srani mii i bubreg- upotrebljavaju vie acetoacetat nego glukozutiolaza

Ciklus limunske kiseline

ENERGETSKA BILANCA Glukoza (180g) Glikoliza Krebs o.f. Ukupno ATP ATP/g2 2 32

Masne kiseline 16 C (256 g) oks. 35 (-1) KC 96

36 0,2

130 0,5

Masne kiseline (u obliku triglicerida) su bolje skladite Energije jer po gramu se dobije vie energije

Stvaranje ATP

Biosinteza

1. Ugljikohidrata - FOTOSINTEZA (autotrofi) iz CO2 i H2O ASIMILACIJA UGLJIKA - GLUKONEOGENEZA iz laktata, AK, glicerola JETRA masnih kiselina BILJKE2. Lipida iz acetil-Co-A koji se dobije iz ugljikohidrata CITOSOL

3. Proteina iz intermedijera metabolizma glukoze alanin, aspartat transaminacijom iz piruvata dodavanje NH4+ u Glutamat Glutamin asparagin prolin 3-fosfoglicerat serin, glicin, cistein Od 20 AK ovjek moe sintetizirati 10

Jetra- sredinji metaboliki organ metabolizam UH -glukoneogeneza - glikogeneza (pohrana glikogena) ketogeneza detoksifikacija u uklanjanje ksenobiotika proizvodnja ui sinteza ureje sinteza kreatina (za fosfokreatinzalha E) pohranjivanje eljeza i nekih vitamina (B1, A, E, D) skladite krvi (~1l), hematopoeza sinteza proteina plazme (heparin, albumin, fibrinogen) i antitjela

Metabolika rata- energija metabolizma u jedinici vremena1. 2. 3. 4. Energetska vrijednost hrane razlika u E uzete hrane i E svih ekskreta Kalorimetrijski- E izgaranjem Potronja O2 ukupni kisik koriten oksidacijom Respiracijski kvocijent

Respiracijski kvocijent- RQ pokazatelj metabolike rate organizma - to je manji, to je energetski potencial veiRQ = proizvedeni CO2/ utroeni O2

Pohrana energije -Masti i glikogen -- kada se uzima vie hrane nego to je potrebno- pohranjuje se kao mast -Npr. svinje jedu dosta UH (krob) -UH masti RQ = 0.71 -- org. koji se ne kreu, npr. koljke pohranjuju viak hrane kao glikogen - vano kod hipoksije i anoksije koriste glikogen u anaerobnom metabolizmu -9* -- pohrana glikogena -vea masa org. 1 g glikogena u st. jetre ili miia 4-5 g vode Isokalotika teina- gram hrane po kcal Masti 0.11 Proteini 0.23 krob 0.24 Glikogen + voda 1.0 - 10x tei od masti

Glikogen- daje brzo E za metabolizam UH, metabolizam masti spor - daje E u anoksinim uvjetima (bitno u miiima kod fizikog napora)

Potronja O2 metabolika rata -Neovisna o konc. O2 npr. Sisavci koriste isto isti O2, i kad je O2 pri tlaku atm na 6000 m potronja kisika ista - Ovisi o temp.

- Ovisi o salinitetu

rak Carcinus mediterraneus

Aklimatizacije na nisku konc. O2 -Brzo plivajue ribe - lososi osjetljive na nizak O2 u vodi -Ribe koje su due vrijeme u vodi siromanoj O2 - dolazi do aklimatizacije tolerantne na nizak O2 Anaerobni metabolizam-Kada su org.due izloeni bez O2 - metab. E- neoksidacijskim reakcijama -Npr. paraziti, org. koji ive u mulju, koljkai fakultativni anaerobi

Moruzgva Bunodosoma - crni mulj- djelovanjem sumpornih bakterija nastaju anoksini uvjeti - moe preivjeti 6 tjedana

Proces dobivanja E u anaerobnim uvjetima

36 ATP/glukoza 100% aerobna oksidacija UH 2 ATP/glukoza 6% anaerobna oksidacija UH

-Anaerobna glikoliza ee ovisna o glikogenu nego glukozi -Glikogen glikozil- laktat 3 ATP 8%

Tolerantnost na anoksijuRiba karas Carassius carassius-Moe preivjeti 5.5 mj. ispod leda u jezeru -H2S nastaje razgradnjom mrtvih biljaka, otrovan -- vee se za citokrom oksidazu Riba- zbog nedostatka O2 nema oksidativni metabolizam, H2S nije otrovan -Anaerobni metabolizam-- nizak CO2 u krvi niska konc. NaHCO3 u krvi

U plivajuih org. puno laktata u miiima Ne otputa se odmah u krv, ve se akumulira u miiima -u mirovanju se otputa- krvotokom do jetre- sineza glukoze i glikogena Mjerenje kapaciteta miia za pohranu laktataBrzo plivajue ribe- tune- veliki kapacitet Dubokomorske i iz plitkih stanita, bentos ribe- mali kapacitet

Morski sisavci-Imaju velik kapacitet miia ronjenje je ovisno o anaerobnom laktatu koji daje E miiima -Veliki kapacitet prijenosa O2 u krvi 30-40 ml O2/ 100 ml krvi - kapacitet ljudske krvi 20 ml O2/ 100 ml krvi -Porast volumena krvi- raste ukupni hemoglobin - velika konc. mioglobina- velika pohrana O2 -ovjek 6g/kg miia - Tuljani 40-50 g/kg miia

-Smanjuju otkucaje srca kad zarone sa 150 na 40-20 otkucaja/minuta -Smanjena metabolika rata-mnogi organi smanjeni dotok krvi -Npr. u bubrezima nema optjecaja dok zarone

Kornjae-Kod ronjenja metabolika rata znaajno nia -diu pluima, kornjae moraju izlaziti na povrinu mora da bi udahnule zrak. Iako su razmaci izmeu dvaju udisaja zraka u normalnim uvjetima kod kornjaa relativno dugi, kada se pod morem zapletu u mree, zbog stresa vrlo brzo ostaju bez zraka i utapaju se - tijekom svog ivota u potrazi za hranom, te zbog parenja i polaganja jaja prelaze ogromne udaljenosti pa su se razvile u odline plivae ( 2600km), a neke vrste mogu zaroniti i preko 1300 m u dubinu.

zelena elva Chelonia mydas -moe mirovati- pronaena na dnu Kalifornijskog zaljeva Na dubini 10-15 m, nepokretna nekoliko mjeseci - anaerobni metabolizam

MASNO TKIVO

OPA SLIKA METABOLIZMARazgradnja velikih molekula iz hrane

Razgradnja malih molekula do Acetil-CoA

Stvaranje ATP oksidacijom molekula goriva

Uinci glukagona su specifini za jetru Miii za razliku od jetre, nemaju receptora za glukagon.

METAB. PUTketogeneza glukoneog. ciklus pentoza-P sinteza MK sinteza kolesterola sinteza hema

LOKALI ZACIJAMIT MIT/CIT/ER CIT CIT CIT/ER CIT/MIT

SUPSTRATI KONTROLAacetil-CoA oksalacetat glukoza-6-P acetil-CoA acetil-CoA sukcinil-CoA prekomjerni dotok supst. piruvat-karboks. PEPkarboksikin. glukoza-6-PDH

ORGANIjetra jetra, bubrezi

urea ciklussinteza proteina

CIT/MIT

NH3, CO2

masno tkivo, jetra acetil-CoAmasno tkivo, karboksilaza jetra 3HMG-CoA jetra, crijevna reduktaza mukoza 5-aminolevulinat jetra, sintetaza kotana sr karbamoil-P jetra sintetaza faktori inicijacije svi

poliribosomi aminokiseline

Citratni ciklus Acetil-CoA ulazi u ciklus; nastaju 2 CO2, 3 NADH, 1 GTP i 1 FADH2. Svi meuprodukti se regeneriraju, troi se jedino acetil CoA