FIZIOLOGIJA ELIJE

Uvod Stanica je osnovna strukturna jedinica svih ivih organizama. Robert Hooke je 1665. god. gledajui komadi pluta kroz primitivan mikroskop uoio da je pluto izgraeno od malih upljina koje je nazvao "stanice" jer su ga podsjeale na male elije u manastiru (eng. "cell"). Znatno kasnije, znanstvenici su shvatili da su ove elije" ive i da sadre razliite "male organe" organele (fran. "organele").

elija je osnovna jedinica ivota. elije su samoreprodukujui ivi entiteti koji su ogranieni selektivno propusnom plazma membranom. Svi organizmi su izgraeni iz elija (ili su oni u nekim sluajevima jednostanini organizmi). Uglavnom su elije veoma sline i nevidljive su bez koritenja mikroskopa.

Jedna od osnovnih karakteristika elije je njen diverzitet. Npr. tijelo ovjeka je izgraeno od 200 tipova elija. Ovako velika varijacija se odraava na raznolikost funkcija koje ove elije obavljaju. Bez obzira na njihov oblik, veliinu ili vrstu, elije su takoe nevjerovatno sline.

Na povrini se nalazi elijska membrana koja je selektivno propusna (regulie sastav elije); sadri brojne receptore na povrini koji reguliu interakciju sa okolinom. Polarizovane elije (npr. epitelne) imaju razliite apikalne i bazolateralne povrine. Eukariotske elije karakterie sloena unutranja organizacija. Sadri nekoliko prepoznatljivih odjeljaka: organele (jezgra, endoplazmatski retikulum, Golijev kompleks, mitohondrije itd.).

Vie od 90% membrane se nalazi u unutranjosti elije. Sadre metablone funcionalne metabolike jedinice (skup enzima nekog metabolikog puta) i omogueno je direktno prosljeivanje metabolita od jednog do drugog enzima. Unutar citoplazme je razvijen citoskelet predstavljen mreom kontraktilnih proteina u obliku mikrofilamenata, intermedijernih filamenata i mikrotubula.

Plazma membrana/PlazmalemaPlazma membrana (elijska membrana) razdvaja eukariotsku eliju od ekstracelularnog prostora. Uprkos obmanjivo maloj veliini (4-5-nm debljine), plazma membrana vri nekoliko vitalnih funkcija za eliju. Jedna od njih je transport koji zahtijeva brojne nosae i proteinske kanale koji su ugraeni u membranu. Ona daje oblik eliji i prua joj otpornost.

Takoe ima ulogu u komunikaciji meu elijama, odgovarajui na ekstracelularne signale, vrei specijalne funkcije kao to je kontrakcija i provoenje nervnog impulsa. Veina osobina koje se mogu pripisati ivom organizmu (npr. kretanje, rast, reprodukcija i metabolizam) zavisi direktno ili indirektno od membrane. Sadanji prihvaeni koncept membrana je oznaen kao fluidno mozaini model ili teno mozaini model membrana.

Struktura membranaPoto svaki tip elije karakterie odreena funkcija, slijedi da je i struktura svake membrane jedinstvena. Prema tome ne iznenauje injenica da se proporcija lipida i proteina razlikuje kod razliitih tipova elija i izmeu organela unutar svake elije.

Membranski lipidi Kada se amfipatine molekule uklone iz vode one se spontano rearaniraju u ureenu strukturu. Meutim kada se nau u vodi, hidrofilne grupe se orijentiu prema vodi tako da se fosfolipidi organizuju u bimolekularni sloj. Ova osobina lipida i drugih lipidnih molekula je osnova membranske strukture.

Membranski lipidi su odgovorni za nekoliko vanih karakteristika biolokih membrana.1. Membranski fluiditet Termin fluidnost opisuje otpornost membranskih komponenti na pokrete. On je visoko determinisan sa procentom nezasienih masnih kiselina u molekulama fosfolipida.

Vea koncentracija nezasienih lanaca rezultira veom fluidnosti membrana. Holesterol umjereno utie na stabilnost jer sadri i krute (prstenove) i fleksibilne (hidrogen karbonatni dio) strukturne elemente.

2. Selektivni permeabilitet Zbog hidrofobne prirodne hidrogenkarbonatni lanci u lipidnom dvosloju obezbjeuju virtualnu neprobojnu barijeru za jonske i polarne supstance. Kretanje tih supstanci omoguava prisustvo membranskih proteina. Takoe te supstance mogu proi kroz lipidni dvosloj vezivanjem za proteinski nosa ili prolaskom kroz proteinski kanal.

Na oba naina se tite hidrofilne molekule od hidrofobnog jezgra membrane. Nepolarne supstance jednostavno prolaze kroz lipidni dvosloj idui od mjesta gdje je njihova koncentracija vea ka mjestu gdje im je koncentracija manja. Svaka membrana pokazuje sopstvenu transportnu sposobnost ili selektivnost baziranu na njenim proteinskim dijelovima.

3. Sposobnost samozatvaranja Kada se poremeti lipidni dvosloj on se odmah samostalno obnavlja. Ova osobina je jako vana, jer svako naruavanje strukture elijske membrane moe biti smrtonosno za eliju.

4. Asimetrija Bioloke membrane su asimetrine, to znai da je lipidni sastav svake polovine dvosloja razliit. Npr. eritrociti sadre na vanjskoj strani vie fosfatidilholina i sfingomijelina. Membranski fosfatidilserin i fosfatidiletanolamin su vie prisutni na unutranjoj strani membrane.

Ova asimetrija nije neoekivana poto je svaka polovina dvosloja izloena razliitim sredinama. Znaajnost lipidne asimetrije u lipidnim membranama jo uvijek nije jasna.

Membranski proteini Veina funkcija elijske membrane je vezana za eliske proteine. Oni predstavljaju strukturne komponente, enzime, receptore hormona ili transportne proteine. Membranski proteini se takoe klasificiraju prema njihovoj strukturnoj poveznosti sa membranom.

Proteini koji su uklopljeni i/ ili se pruaju kroz membranu su integralni proteini. Takva molekule se mogu izdvojiti iz membrane djelovanjem organskih rastvora ili deterdenata. Periferni proteini su vezani na membranu preko interakcija sa lipidima i mogu se izdvojiti iz membrane relativno blagim metodama.

Funkcija membrana Meu najvanije funkcije membana spadaju transport molekula i jona u i van elije, kao i vezivanje hormona i drugih biomolekula. Membranski transport je veoma bitan za ive organizme. Joni i molekule konstantno prolaze kroz plazma membranu, kao i kroz membrane elijskih organela. Taj protok mora biti paljivo regulisan kako bi zadovoljio metabolike potrebe elije.

Na primjer elijska membrana poveava ulazak hranjivih molekula i izbacivanje otpadnih produkata. Dodatno je to regulisano koncentracijom jona. Poto je lipidni dvosloj generalno nepropusan za jone i polarne supstance, specifine transportne komponente moraju se umetnuti u elijsku membranu.

Bioloki transportni mehanizmi su klasificirani saglasno njihovim energetskim potrebama. U pasivnom transportu direktno se ne troi energija. U jednostavnoj difuziji, molekuli u rastvorima se kreu od mjesta vee koncentracije ka mjestu manje koncentracije. U sutini, visoki koncentracijski gradijent, ubrzava difuziju rastvora.

Difuzija rastvora, kakvi su CO2 i O2, kroz membranu proporcionalna je njihovom koncentracijskom gradijentu. Difuzija organskih molekula takoe zavisi od molekulske mase i njihove rastvorljivosti u lipidima.

U olakanoj difuziji transport molekula se odvija kroz specijalne kanale ili nosae. Svaki tip transmembranskih kanala je kreiran za transport specifinih rastvora. Ovi kanali su uglavnom hemijski regulisani i otvaraju se i zatvaraju u zavisnosti od specifinog hemijskog signala. Na primjer Na+ kanal, u receptorskom kompleksu nikotin acetilholin, se otvara kada se vee acetilholin.

Drugi oblik olakane difuzije obuhvata membranske proteine koji se zovu nosai (ponekad oznaeni kao pasivni transporteri). U transportu u kome posreduju nosai, specifini rastvori se vezuju na nosae na jednoj strani membrane i uzrokuju konformacijske promjene nosaa. Tako se rastvor prenese kroz membranu i otpusti na drugoj strani membrane. Na primjer transport glukoze u eritrocitima.

esto elija mora akumulirati molekule nasuprot gradijentu koncentracije. Poto ovaj proces zahtijeva energiju oznaen je kao aktivni transport. Postoje dva oblika aktivnog transporta, primarni i sekundarni.

U primarnom aktivnom transportu energija se koristi iz ATP-a. Transmembranski ATP-hidrolizirajui enzimi koriste energiju ATP- a za transport jona i molekula. Na-K pumpa (oznaena i kao Na+-K+ ATPazna pumpa) je primjer primarnog transporta.

U sekundarnom aktivnom transportu, koncentracijski gradijent stvoren primarnim aktivnim transportom se odvija pomijeranjem supstanci kroz membranu. Npr. gradijent Na+ stvoren Na+-K+ ATP-aznom pumpom koristi se u bubrenim i intestinalnim elijama za transport D-glukoze.

Membranski receptoriMembranski receptori igraju vanu ulogu u metabolizmu svih ivih elija. U vieelijskim organizmima vezivanjem hemijskih signala, kakvi su hormoni i neurotransmiteri, membranski receptori su vitalna veza u intracelularnoj komunikaciji. Drugi receptori uestvuju u meuelijskom prepoznavanju ili adheziji.

Vezivanje liganda na membranske receptore rezultuje u konformacijskoj promjeni, ime se uzrokuje specifini odgovor i veina tih odgovora je veoma kompleksna.

Golijev aparatGolijev aparat je poznat i ako Golijev kompleks je dobio ima po italijanskom biologu Count Camillo Golgi, koji ga je prvi opisao 1898. Sainjen je iz relativno velikih, sljotenih, na kesice nalik membranskih vezikula koje lie na sloene ploe.

Lociran je uglavnom blizu nukleusa. Golijev aparat je odgovoran za sortiranje i pakovanje nekoliko tipova proteina, malih molekula i novosintetiziranih membranskih komponenti.

Golijev aparat ima dvije strane. Ploa (ili cisterna) poloena blizu ER-a formira cis stranu, dok je druga strana zrela ili trans strana i ona je zatvorena membranom koja uestvuje u sekreciji. Mali membranski mjehurii sadre novosintetisane proteine, koji su pupanjem osloboeni iz ER-a i spojeni sa cis membranom Golijevog aparata.

Ove molekule se transportuju iz jedne Golijeve kesice u sledeu, gdje se oblikuju radom enzima. Kretanje specijalnih transportnih vezikula zahtijeva energiju. Ukoliko je blokirana proizvodnja energije, transport se nee odvijati.

Fosforilacija se odvija u cis regionu. U ovom regionu, razliiti tipovi ugljikohidrata se vezuju na glikoprotein prolaskom kroz cisterne. Cis region je bogat lipidima koji ulaze u sastav membrane. Srednji region vezuje se za enzime koji dodaju ugljikohidrate ili druge grupe na proizvode. Unutranji ili trans region je podruje u kome se razvrstavaju lizozomi.

Kada produkt (protein) dospije do trans strane, alje se u tano odreene dijelove stanice. Sekretni proizvodi, kakvi su digestivni enzimi ili hormoni, se koncentriu u sekretnim mjehuriima (sekretnim granulama) nakon ega se pupoljak odvaja od trans strane. Sekretne granule ostaju uskladitene u citoplazmi, sve dok se elija ne podstakne na njihovo izluivanje.

Proces sekrecije, poznat kao egzocitoza, sastoji se iz fuzije granula ogranienih memrbanom sa plazma mebranom. Sadraj granula se oslobaa u ekstracelularni prostor. Ponekad se proteini koji su od vitalnog znaaja za granulirani endoplazmatski retikulum transportuju zajedno sa nekim drugim proteinima u Golijev aparat, ali postoje mehanizmi koji omoguavaju njihov povratak u granulirani ER.

Golijev kompleks kontrolie prenos razliitih vrsta proteina. Neki su namjenjeni za sekreciju, drugi za ekstracelularni matriks. Na kraju, drugi enzimi, kakvi su lizozomalni enzimi, moraju se razdvojiti na dijelove zbog njihovih potencijalnih destruktivnih efekata.

Vana uloga GA je stvaranje proteina plazma membrane i njihovo slanje na njihovo tano odreeno mjesto. Dakle, u njima se odvijaju razliite posttranslacijeske modifikacije, kao i procesiranje N-vezanih glikoproteina i biosinteza O-vezanih glikana

LizozomiFunkcija Lizozomi slue kao elijski digestivni sistem. Naki proteini koji se proizvode u endoplazmatskom retikulum pripadaju intracelularnim digestivnim enzimima. Ovi enzimi mogu razlagati masti, proteine i ugljikohidrate i pakovati ih u membranske kesice oznaene kao lizozomi.

Lizozomi razlau estice hrane poevi od jednostavnih proteina do kompletnih mikroorganizama. Lizozomi prepoznaju hranidbene vakuole i spajaju se sa njima formirajui pakovanje opkoljeno lizozomalnom membranom. Enzimi prisutni unutar lizozoma razlau velike molekule proteina, masti i ugljikohidrate hrane u njihove podjedinice.

Ove molekule, aminokiseline, monosaharidi i masne kiseline koje nastaju probavom izlaze iz lizozoma u citoplazmu. Lizozomi takoe mogu razloiti neispravne organele. Tako lizozomi omoguavaju eliji da reciklira korisne nutrijente.

Struktura Struktura lizozoma je veoma jednostavna. Oni sadre membranske kesice ispunjene enzimima i vodom. Lizozomalna membrana omoguava izlazak samo malih partikula, odnosno podjedinica makromolekula, ime se osigurava izlazak samo pravilno svarenog materijala.

Hemijske reakcije Hemijske reakcije koje se odvijaju unutar lizozoma su zajednike za svaku digestiju reakcije hidrolize. Hidroliza je razlaganje velikih molekula na njene podjedinice. Digestivni enzimi koji rade u lizozomima su jedino aktivni u kiseloj sredini. Cijeli sistem je kiselog karaktera i ukoliko se kllizozomi razloe enzimi nee probaviti ostatak elije, zbog njihove inaktivnosti u kiseloj sredini.

Ekstracelularne supstance mogu ui u eliju procesom endocitoze, procesom u kome se specijalni regioni plazma membrane progresivno invaginiraju formirajui zatvorene vezikule. Nakon toga se svaka vezikula spaja sa lizozomom, ije se komponente razlau pomou lizozomalnih enzima, nakon ega se membrana vezikule regenerira.

Svojevremeno se obnavlja plazma membrana pomou procesa egzocitoze. Elektronska mikroskopija pokazuje poetak endocitoze

Endoplazmatski retikulum: Struktura i funkcija Endoplazmatski retikulum je mrea meusobno spojenih tubula, vezikula i kesica. One vre specijalne funkcije elije ukljuujui sintezu proteina, sekvestraciju kalcijuma, produkciju steroida, uskladitenje i proizvodnju glikogena, i umetanje membranskih proteina. Razlikujemo dva ER-a: granulirani i agranulirani endoplazmatski retikulum.

Cijeli endoplazmatski retikulum (granulirani i agranulirani) prenose proteine od nukleusa ka Golijevom kompleksu. Proteini koji se ili izluuju ili koriste unutar elije pomjeraju se uz zid endoplazmatskog retikuluma, akumulira se u depovima kraja ER-a. Depovi pupaju, formirajui membranom okruene kesice nazvane vezikule koje nose svoj proteinski tovar do Golijevog kompleksa.

Hrapavi endoplazmatski retikulumHrapavi ER nosi ribosome na kojima se odvija biosinteza proteina. Novo sitetisani proteini se umeu u vreice, nazvane cisterne. Sistem zatim alje proteine preko malih vezikula do Golijevog komleksa, ili u sluaju membranskih proteina, umee ih u membranu.

Hrapavi ER moe biti vezikularni, tubularni, moe sadrati gomilu ravnih cisterni ili moe premoivati podruje povezujui pojedinane ploe. Ribosomi se nalaze na vanjskoj povrini vreica ili cisterni. Oni lie na mala zrca koja sjede u rozetama ili u linearnim kalupima. Hrapavi ER formira granati retikulum (mreu) koja je izraenija u elijama koje su aktivnije u sintezi proteina.

Glatki endoplazmatski retikulumFunkcija Glatki endoplazmatski retikulum, pronaen u eukariotskim elijama, je sistem zatvorenih membranskih cijevi unutar citoplazme elije. To je transportni sistem elije, ali takoe stvara lipide, obrauje ugljikohidrate i detoksikuje supstance, kakvi su otrovi i alkoholi.

Specifine funkcije glatkog endoplazmatskog retikuluma zavise od elije. Npr. u elijama jetre, glatki endoplazmatski retikulum detoksikuje supstance. U elijama adrenalnih lijezda i gonada, horesterol se modifikuje u glatkom ER-u , na jednom nivou njegove konverzije do steroidnih hormona.

I u miinim elijama, glatki ER povlai Ca2+ jone iz citoplazme. Koliina glatkog ER-a je takoe razliita u svakoj eliji. elije znojnih lijezda koe imaju velike koliine glatkog ER-a poto glatki ER proizvodi lipide. Glatki ER takoe razdvaja citoplazmu na elijske kompartimente.

elijski citoskelet Citoskelet je mrea proteinskih vlakana koja daje oblik eliji, pridrava i pomjera organele, i uestvuje u elijskom kretanju. Kada se misli na citoskelet, misli se na gradivni stub. Eukariotske elije odravaju oblik i organizaciju pomou citoskeleta, koji sadri tri vrste proteina: mikrotubuli, intermedijerni filamenti i mikrofilamenti.

Mikrofilamenti, koji su mala (5-7 nm dijametra) vlakna izgraen od proteina aktina. Njegova funkcija je da pomae miinu kontrakciju, elijski oblik i kretanja u citoplazmi. Intermedijerni filamenti (u dijametru 10 nm) su proteinske strukture sa heterogenim komponentama. Bez obzira na ove raznolikosti, njihova struktura je slina u svim elijma.

Ove komponente primarno uestvuju u odranju oblika elije, meusobnom povezivanju elija i izduivanju nervnih elija. Npr. keratinski filamenti su pronaeni u najudaljenijim slojevima koe. Mikrotubuli (dijametra 25 nm), izgraeni iz proteina tubulina, predstavljaju najdue konstituente citoskeleta.

Pronaeni u mnogim elijskim regionima, mikrotubuli su najee istaknuti u dugim, tankim strukturama koje podravaju transport (npr. izduenim aksonima i dendritima nervnih elija). Oni su takoe pronaeni u mitotikom vretenu (kretanje hromosoma) i tankim organelama lokomocije poznate kao cilije i flagele.

Bez citoskeleta, elija ne bi imala oblik. Odranjem stalnog elijskog oblika, elija odrava funkciju koja joj je namjenjena i ostaje u homeostazi.

Citoplazma Citoplazma je vodena sredina unutar elije. Tena citoplazma je gusta supa proteina, ugljikohidrata, soli, eera, lipida, nukleotida i aminokiselina. Citoplazma ima tri glavne funkcije, energetsku, skladinu i proizvodnu. Citoplazma sadri soli, razliite organske molekule, ukljuujui mnoge enzime koji kataliziraju reakcije.

Citoplazma je odvojena od vodenog ekstracelularnog fluida plazma membranom. Ona sadri izdvojene strukture nazvane organele. Svaka organela vri specifinu celularnu funkciju. Ona takoe sadri specijalizirane proteine koji obezbjeuju intracelularni sistem podrke.

U citoplazmi se odvijaju slijedei procesi: glikogeneza, glikogenoliza, glikoliza, sinteza masnih kiselina, dio ornitinskog ciklusa, glukoneogeneza, glukogeneza kao i sinteza proteina.

Glikogenogeneza Sinteza glikogena se odvija kada nivo glukoze u krvi poraste. Odmah nakon unoenja u eliju glukoza i druge eeri se fosforiliu kako bi se onemoguio njihov izlazak iz elije. Fosforilacijom se olakava i vezivanje ovog supstrata na enzimski aktivna mjesta. Enzimi odgovorni za fosforilaciju su heksokinaze.

Heksokinaza D je enzim koji je jedino pronaen u hepatocitima. Kada glukoza ue u jetrene elije, ona se odmah prevodi u glukozu-6-fosfat. Glukoza-6-fosfat djelovanjem fosfoglukomutaze se prevodi u glukoza-1fosfat. Glukoza-1-fosfat reaguje sa UTP-om obrazujui UDP-glukozu, to je katalizirano UDP-glukozo pirofosforilazom (transferazom).

Formiranje glikogena iz UDP glukoze zahtijeva dva enzima: glikogen sintazu, koja katalizira prenoenje glukozilnih grupa UDP glukoze na neredukujui kraj glikogena; amilo- (1,41,6) glukozil transferaza (enzim grananja), koji formira (1,6) glukozilne vezove.

Na ovaj nain se formiraju lanci glikogena. Vjeruje se da sinteza glikogena zapoinje prenoenjem UDP-glukoze na specifini tirozinski ostatak na prajmer proteinu nazvanom glikogenin.

Glikogen se deponuje u citoplazmi jetrenih i miinih elija u vidu granula. Enzimi odgovorni za sintezu i razgradnju glikogena presvlae povrinu svake granule.

Glikogenoliza Glikogenoliza ili razgradnja glikogena ukljuuje sledee enzime: glikogen fosforilazu, koja uklanja glukozni ostatak sa neredukujueg kraja spoljanjih grana glikogena; amilo - (1,6) glukozidazu (enzim negrananja), koji hidrolizira (1,6) glukozidni vez na mjestima grananja.

Koritenjem neorganskog fosfora (Pi), glikogen fosforilaza sijee (1,4) vez ime se proizvodi glukoza-1-fosfat. Glikogen fosforilaza se zaustavlja kada se nae unutar etiri glukozna ostatka od take grananja. Negranajui enzim zapoinje uklanjanje (1,6) vezova i transportuje ga od tri do etiri glukozna ostatka od mjesta grananja

Regulacija metabolizma glikogenaSinteza i razgradnja glikogena su regulisane sledeim hormonima: insulinom, glukagonom i epinefrinom. Glukagon stimulie glikogenolizu, a inhibira glukoneogenezu.

Njegovim vezivanjem za receptore, adenilatciklaza stimulie konverziju ATP-a u cAMP, koji inicira kaskadne reakcije umnoavanja orginalnog signala nakon ega se oslobaa hiljade molekula glukoze.

Glukagon i epinefrin iniciraju kaskadne reakcije koje prevode glikogen do glukoza-1-fosfata i inhibiraju glikogenezu. Inzulin inhibira glikogenolizu i stimulira glikogenezu, spreavajui sintezu cAMP-a i aktivira fosfoproteinfosfataze, koja inhibira fosforilazu kinaze.

Glikoliza Glikoliza je proces koji se odvija u citoplazmi elije. Poznata je i kao Ebden-Meyerhof-Parnas-ov put u kome se svaka molekula glukoze cijepa do dvije trikarbonske jedinice (dva piruvata). Male koliine energije dobijene kroz reakcije glikolize (oko 5% od ukupno raspoloive energije) privremeno bivaju zarobljene u ATP-u i NADH.

Metabolika sudbina opiruvata zavisi od prilika organizma i metabolikih uslova. U anaerobnim uslovima piruvat moe biti pretvoren u raspadne produkte ukljuujui etanol, laktat, acetat. Dok aerobi oksiduju piruvat do CO2 i H2O u mehanizmu poznatom kao aerobna respiracija.

Glikoliza sadri deset reakcija, podjeljnih u dvije etape: u prvoj se glukoza fosforilie i prevodi u dvije molekule gliceraldehid-3-fosfata, pri emu se utroe 2 molekule ATP-a; u drugoj etapi gliceraldehid-3-fosfat se prevodi do piruvata.

Poto su dva ATP-a potroena u prvoj etapi, a u drugoj se preoizvedu 4 ATP-a ista produkcija ATP-a po molekuli glukoze je dva ATP-a. Ciklus glikolize se moe sumirati u sledeoj reakciji: D-glukoza + 2 ADP + 2Pi + 2NAD+ 2 piruvata + 2 ATP + 2 NADH + 2H++ 2H2O

Sudbina piruvata Dakle, rezultat glikolize, gledano sa energetskog stanovita je proizvodnja 2 molekule ATP-a i 2 NADH. Piruvat, proizvod glikolize, je i dalje energijom bogata molekula, koja moe proizvesti znatnu koliinu energije.

Aerobni organizmi prevode piruvat u acetil-CoA koji se ukljuuje u citratni ciklus i razgrauje do CO2. Miine elije i neke bakterije na primjer Lactobacillus proizvode NAD+ transformacijom piruvata do laktata.

Glukoneogeneza Glukoneogeneza obrazovanje novih molekula glukoze iz neeernih komponenti, odvija se primarno u jetri. Ove komponente ukljuuju laktat, piruvat, glicerol i neke -keto kiseline (molekule koje potiu iz aminokiselina).

U nekim situacijama npr. metabolikoj acidozi i gladovanju bubrezi mogu proizvesti glukozu. Pri gladovanju i energinom vjebanju, glukoneogenetski put snadbijeva tijelo sa dovoljnim koliinama glukoze.

Niz reakcija glukoneogeneze je najveim dijelom obrnuta glikoliza. Bypass reakcije glukoneogeneze su: 1. sinteza fosfoenolpiruvata, koja zahtijeva dva enzima: piruvat karboksilazu i fosfoenolpiruvat karboksikinazu. Piruvat karboksilaza, pronaena u unutranjosti mitohondrija, prevodi piruvat do oksalacetata.

Oksalacetat se zatim dekarboksilira i fosforilira fosfoenolpiruvat karboksikinazom u reakciji koja zahtijeva hidrolizu GTP-a. Fosfoenolpiruvat karboksikinaza je enzim koji je naen i u mitohondrijama i citoplazmi.

Poto je membrana mitohondija nepropusna za oksalacetat, elije ije mitohondrije oskudjevaju sa ovim enzimom, za prenos oksalacetata u citoplazmu koriste na primjer malatni atl.

U njemu se prevodi oksalacetat u malat pomou malat-dehidrogenaze. Nakon njenog prenoenja reverzna reakcija je katalizirana citoplazmatskom malat dehidrogenazom.

2. konverzija fruktoza1,6 bisfosfata u fruktoza6-fosfat je katalizirana sa fruktoza 1,6 bisfosfatazom.3. formiranje glukoze iz glukoza-6-fosfata. Glukoza-6-fosfataza jedino naena u jetri i bubrazima, katalizira ireverzibilno hidrolizu glukoza-6-fosfata do glukoze i Pi.

Supstrati glukoneogeneze Tri najvanija supstrata za glukoneogenezu su:laktat otputa se iz eritrocita i drugih elija koje oskudijevaju u mitohondrijama ili imaju nisku koncentraciju O2. U Corijvom ciklusu se otputa laktat iz miia za vrijeme vjebi.

Nakon prenoenja laktata u jetru, on se prevodi do piruvata laktat dehidrogenazom, zatim u glukozu glukoneogenezom.glicerol - proizvod metabolizma masti u masnom tkivu, se trasportuje putem krvi do jetre, gdje se prevodi u glicerol-3-fosfat pomou glicerol konaze koja jedino pronaena u stanicama jetre.

Oksidacija glicerol-3-fosfata u dihidroksiaceton fosfat se odvija kada je koncentracija NAD+ u citoplazmi relativno visoka, pomou enzima glicerol-3-fosfat dehidrogenaze

od aminokiselina koje mogu biti prevedene u glikolitike intermedijere, alanin je najvaniji. Kada se miinom aktivnou proizvede velika koliina piruvata, neke od molekula piruvata se prevode transaminacijuom u alanin pri emu se ukljuuje i glutamat.

Pored toga ciklus alanina je mehanizam za transport NH4 u jetru, jer je to veoma toksian jon, kojeg kasnije jetra prevodi u ureu, ornitinskim ciklusom.

Ribosomi Citoplazmatski ribosomi eukariota su relativno male organele (dijametra 20 nm), ija funkcija je biosinteza proteina. Izgraeni iz razliitih tipova proteina i rRNA. Ribosomi su kompleksne strukture i sadre dvije podjedinice nepravilnog oblika i razliite veliine.

Te dvije podjedinice dolaze zajedno i formiraju cijele ribosome kada poinje biosinteza proteina i kada se ne odvija biosinteza ove podjediinice su razdvojene. Broj i distribucija ribosoma u bilo kojoj stanici zavisi od metabolike aktivnosti i postojee sinteze proteina u stanici.

Biosinteza ribozoma Ribozomi ine ak 4050% elijske mase bakterijske elije. U jednoj bakterijskoj eliji nalazi se oko 15000, a u eukariotskoj oko deset miliona ribozoma. Njihova biosinteza mora biti strogo kontrolisana, jer je to proces koji podrazumeva koordinisanu sintezu velikog broja komponenti (r-proteina i rRNK), kao i organizovanje tih komponenti u funkcionalno aktivne organele.

Kod eukariota biosinteza ribozoma se odvija u nukleolusu. Geni za rRNK prisutni su u genomu sa 50 5000 kopija i organizovani su na slian nain kao kod bakterija, osim to su geni za 5S rRNK fiziki odvojeni (ne nalaze se u nukleolusu).

Mitohondrije Mitohondriji su energetska postrojenja stanice. To su elipsoidni organeli, veliine 2-3 m x 0,5 1 m omeeni dvostrukom membranom, unutranjom i vanjskom membranom. Unutranja membrana je uvijena i ini nabore ili kriste.

Proteini unutranje membrane su zastupljeni sa 70%, a lipidi sa oko 30%, dok je njihov odnos u vanjskoj membrani 1:1. Integralni proteini membrane se nazivaju porini.

Intermembranski prostor je prostor izmeu vanjske i unutranje membrane. Matriks je ogranien unutranjom membranom. Respiratorni nosai su integralni dijelovi unutranje membrane mitohondrija. Enzimi citratnog ciklusa (sem sukcinat dehidrogenaze) i enzimi -oksidacije masnih kiselina se nalaze u matriksu.

Vanjska membrana je uglavnom propusna za veinu malih molekula i jona (Mr < 5000), u suprotnosti sa unutranjom koja je sutinski nepropusna za gotovo sve jone i veinu molekula. Tu se nalaze specijalni nosai koji trasportuju molekule kakav je ADP i dugolanane masne kiseline.

Mitohondrije imaju vlastiti genom (16569 pb), a potiu od simbiotskih eukariota. Kodiraju sintezu 2 rRNA, 22 tRNA i 13 proteina. Oko 95% mitohondrijalnih gena kodira DNA u jezgri.

U mitohondrijima se odvija oksidativna fosforilacija i aerobna proizvodnja ATP-a.Oksidativna fosforilacija

Oksidativna fosforilacija je proces u kome se formira ATP pri transportu elektrona od NADH ili FADH2 do O2 preko serije elektronskih nosaa. Ovo je najvei izvor ATP-a u aerobnih organizama.

Na primjer oksidativnom fosforilacijom se proizvede 32-36 molekula ATP, zahvaljujui redukcionim koenzimima dobivenim kompletnom oksidacijom glukoze do CO2 i H2O. Oko 40% energije se prevede u ATP, a ostalo se pretvara u toplotu.

Istraivanjem mitohondrija pomou elektronskog mikroskopa otkriveno je prisustvo brojnih struktura nalik lizalu smjetenih na unutranjoj strani unutranje membrane mitohondrija. Tada je i otkriveno da svako lizalo predstavlja ATP sintazu.

Svaka ATP sintaza sadri dvije velike komponente, F1 jedinicu, aktivnu ATP-azu koja posjeduje pet razliitih podjedinica , , , . Fo jedinica, transmembranski kanal za protone, ima tri podjedinice a1, b2 i c12. Poto je unutranja membrana nepropusna za protone, protoni se mogu vratiti u matriks (gdje se vri sinteza ATP-a) samo kroz specifine protonske kanale Fo (podjedinica ATPsintaze).

Vraanjem protona u matriks se dobija energija za proizvodnju ATP-a, kataliziranu kompleksom F1, koji je disociran sa Fo. Poto ATP-sintaza se ponaa kao rotirajua molekularna maina u kojoj protie protonsko oslobaanje ATP-a iz katalitikih mjesta.

Translokacijom tri protona (H+) kroz ATPsintazu se sintetie jedna molekula ATP-a. Poto je za ulazak H2PO4 u matriks potrebnan i ulazak jednog H+ (simport), ukupno 4 H+ su potrebna za sintezu jednog ATP-a. Prenoenjem protona/elektrona sa NADH+ + H se izbaci iz matriksa oko 12 H+, a sa FADH2 8.

Dakle, od NADH+ + H se ukupno proizvede 4 ATP-a, a sa FADH2 3 molekule ATP-a. Oksidacijom 1 mola NADH se oslobodi 200 220 kJ energije, a za formiranje 1 ATP-a je potrebno oko 50 kJ energije.

Reakcije sinteze ATP se mogu predstaviti na sledei nain: ADP + Pi + nH+ ATP + H2O + nHn+

Energetski odnos u mitohondrijalnom lancu transporta elektrona

Jedro - Nukleus Nukleus je najuoljiviji organel veliine do volumena stanice. Sve stanice posjeduju nukleus sem zrelih eritrocita. Sadri DNK organizovanu u hromosome, koji su vidljivi samo za vrijeme diobe stanice. Sadri heterohromatin koji je gusto pakiran i u kome je prisutna inaktivna DNK.

Nukleus sadri elijsku genetiku informaciju i maineriju za prevoenje te informacije u molekule proteina. Vana uloga nukleusa je u regulaciji elijske funkcije. On sadri nasljednu genetsku informaciju i vre kontrolu nad elijskim metabolizmom u smislu uticaja na biosintezu proteina, kao i na kretanje molekula u i van nukleusa.

Nukleus sadri nukleoplazmu ogranienu nukleolarnom membranom Nukleoplazma sadri mreu hromatinskih vlakana sainjenih iz DNK i histona. Nukleolarna membrana je izgraena iz dvije membrane, koje su perforirane jedrovim porama.

Proteini i molekule RNK mogu proi kroz pore jedra. Kada se jedro oboji specijalnim bojama, postaju vidljive jedna ili vie sferinih struktura koje se zovu nukleoli. Oni igraju vanu ulogu u sintezi rRNK.

Genetski materijal u jezgriKromatin je naziv koji opisuje jezgrinu strukturu koja sadri genetski kod. Izgrauju ga DNA molekule zajedno s bjelanevinama jezgre. Udruivanje DNA molekula s bazinim histonskim bjelanevinama (u reakciji koja rezultira kondenziranjem kromatina) omoguuje sabijanje duge DNA molekule u kompaktnu tvorevinu koju nazivamo hromosom

HromatinRazlikujemo: 1. heterohromatin je vrlo kondenziran tijekom interfaze. Transkripcijski je neaktivan. Obino se poput nakupina nalazi uz jezgrinu ovojnicu i jezgricu. Koliina heterohromatina varira ovisno o aktivnosti stanice, tako je u tumorskoj stanici mala, a u jezgri spermija velika

2. eukromatin je aktivni dio kromatina i u prosjenoj eukariotskoj stanice ini priblino 10%.

Jezgrine pore Jezgrina pora ili jezgrin pora kompleks (NPC) formira prolaz kroz jezgrinu ovojnicu te na taj nain omoguuje promet tvari izmeu jezgre i citoplazme. Izgraene su od brojnih (~50) razliitih bjelanevina nazvanih nukleoporini ijim udruivanjem nastaje vodeni kanal koji povezuje citoplazmu s nukleoplazmom. Jezgrina ovojnica je perforirana s priblino 20pora/mm2 ovojnice => to iznosi 3000-4000 po jezgri.

DNK DNK, koja sadri gene, je upakovana u strukture koje se zovu hromosomi. ovjek posjeduje 23 para hromosoma sa oko 3 biliona bp. Svaki eukariotski hromosom sadri pojedinane linearne DNK molekule ukomponovane sa histonima formirajui nukleohistone. Histoni su grupa malih bazinih proteina pronaeni kod svih eukariota. Veliina genoma je razliita.

Sve informacije potrebne za samostalnu reprodukciju elije sadrane su u njenim genima, odnosno u DNK. Pored toga protok informacija kroz eliju usmjeren je tako da se informacije sadrane u DNK preslikavaju posredstvom RNK u strukturu proteina koji obavljaju skoro sve funkcije neophodne za odravanje elije u ivotu. Genetika informacija u DNK smjetena je u ifrovanom obliku, tj. triplet nukleotida odgovara jednoj aminokiselini.