Biochémia makroergických molekúl

Prírodné vedy » Chémia

Autor: milena
Typ práce: Referát
Dátum: 26.02.2014
Jazyk: Slovenčina
Rozsah: 1 582 slov
Počet zobrazení: 13 383
Tlačení: 509
Uložení: 523
Biochémia makroergických molekúl
 
Úvod
Výber mojej témy pri písaní práce bol podmienený mojim celkovým záujmom o chémiu a biológiu. Tieto vedy ma fascinujú svojou záhadnosťou, komplikovanosťou a tým, že všetko so všetkým súvisí, a bez seba nefunguje. Pri výbere témy na projekt som sa jednoznačne chcela venovať práve chémii a biológii. Metabolické reakcie v organizme ma zaujali, keď som si o nich začala hľadať informácie na podnet pani profesorky, ktorá ma s touto témou oboznámila. Metabolizmus človeka, obsahuje mnoho zložitých reakcii a komplikovaných cyklov. Zamerala som sa na základné deje. Na týchto základoch by som chcela stavať a rozvíjať ďalej svoje vedomosti. V práci sa venujem energetickému metabolizmu bunky, fungovaniu metabolizmu a prenosu energie medzi rôznymi bunkovými aktivitami. Tiež som sa skúmala priebeh rozkladu glukózy v organizme. Cieľom mojej práce je zistenie detailnejších informácií o danej téme, pochopeniu základného fungovania metabolizmu bunky a taktiež pochopenie metabolických princípov. Chcem sa naučiť niečo nové, a oboznámiť aj iných o týchto procesoch, ktoré zabezpečujú aj naše fungovanie, tak ako fungovanie každého živého organizmu. To je presne to, prečo je metabolizmus taký dôležitý.
Myslím si, že práve prácou na tomto projekte zistím niečo viac o biochémií a fungovaní organizmu. Keďže by som sa veľmi rada tejto oblasti venovala aj v ďalšom štúdiu, vypracovaním tohto projektu, verím, že sa moje predstavy a pohľady do budúcnosti ujasnia a budem sa na ne dívať objektívnejšie, a taktiež dúfam, že ešte s väčším záujmom.

Metabolizmus všeobecne
Metabolizmus bunky je súbor všetkých biochemických reakcií v bunke. Tieto reakcie zabezpečujú premenu látok pri získavaní energie, tvorbe potrebných látok, odbúravaní nepotrebných látok, výmene látok s okolím, raste a rozmnožovaní. Reťaz jednotlivých reakcií  sa nazýva aj metabolická sieť. Všetky jednotlivé metabolické reakcie na seba nadväzujú a tvoria metabolické dráhy, ktoré sa môžu rozvetvovať. Poznáme dva typy buniek heterotrofné a autotrofné, každej sa však týka metabolizmus. Heterotrofné využívajú energiu viazanú v energetických látkach, ktoré prijali z okolia. Autotrofné sú schopné syntetizovať si organické látky, ktoré potrebujú z anorganických látok, napríklad vďaka fotosyntéze.
 
2 Smer metabolických procesov
Metabolické procesy majú dva smery. Sú to katabolickéanabolické procesy. Pri katabolických procesoch (inak nazývané aj rozkladné alebo disimilačné) sa zložitejšie molekuly premieňajú na menšie a jednoduchšie. Opačným procesom sú anabolické procesy (alebo aj syntetické, asimilačné), ktoré zabezpečujú syntézu zložitých molekúl z jednoduchých. Katabolické a anabolické procesy sú vzájomne a tesne prepojené. Poznáme aj tretí druh procesov, sú to amfibolické procesy. V nich sa robia čiastkové úpravy molekuly substrátu bez výraznejšieho energetického efektu.
 
3 Úloha metabolických dráh
Metabolické dráhy a aj jednotlivé procesy slúžia na to, aby sa dopĺňali zásoby energie v makroenergetických zlúčeninách a aby mal organizmus dostatok energie na vykonávanie biosyntézy a iné endergonické deje.

3.1 Endergonické a exergonické deje

Endergonické deje sú deje, ktoré na to, aby mohli byť uskutočnené, musia dostať istú dávku energie. Počas priebehu endergonických dejov sa energia spotrebúva.
Exergonické deje sú deje, pri ktorých priebehu sa energia uvoľňuje do prostredia.
 
4 Látkový a energetický metabolizmus
Každá bunka uskutočňuje dva druhy metabolizmu. Poznáme látkový a energetický metabolizmus.
Pri látkovom metabolizme sa jedná o premenu látok. Pri katabolických aj anabolických procesoch sú chemické zmeny spojené s energetickými zmenami, preto hovoríme o energetickom metabolizme. Energetický metabolizmus sa zaoberá príjmom, spracovaním energie na využiteľnú formu a výdajom uskladnenej energie.

Aktivácia substrátu
 
5.1 Substrát
Substrát je základná látka, ktorá sa nachádza na začiatku reakcie, či už sa jedná o katabolickú alebo anabolickú reakciu. Buď je to prvotná zložitá molekula, ktorá bude rozložená, alebo to je základ pre molekulu, ktorá sa bude tvoriť.
 
5.2 Aktivácia substrátu
Všetky premeny látok prebiehajú postupne a len s určitým podielom substrátu. Keby to tak nebolo, všetok substrát by zreagoval naraz a keď by reakcia skončila, skončil by aj život. Aktivácia substrátu je postupné uvoľňovanie substrátu do reakcie, dodaním potrebnej aktivačnej energie.
  Aktivačná energia, jediná možná v organizme, je vo forme energie chemickej väzby molekuly substrátu pri reagovaní s molekulou makroenergetického substrátu.
  Keďže reakcie majú na seba úzku nadväznosť produkt jednej reakcie je zároveň substrátom nasledujúcej reakcie. Produktom nazývame len záverečný produkt súboru reakcií a substrátom len východiskovú molekulu. Všetky štádia, ktoré sa nachádzajú pomedzi sa nazývajú metabolity.
 
Napríklad: Aby nastala aktivácia molekúl substrátu glukózy, pripojíme na ňu fosfátový zvyšok ATP. Takto aktivovaná glukóza môže byť oxidovaná v niektorej z dráh napríklad v glykolýze.  
 
5.3 Zmeny na molekule substrátu
Počas metabolických procesov sa môže na substráte uskutočňovať niekoľko typov procesov. Oxidačno-redukčné reakcie: strata elektrónov alebo vodíka – oxidácia, prijatie elektrónov alebo vodíka - redukcia
Izomerizácia: tvorba izoméry molekuly, t. j. presun atómov alebo ich skupín na tej istej molekule.

Syntéza alebo rozklad: tvorba zložitejšej molekuly z jednoduchých a naopak rozpad molekuly na menšie.
Reakcia prenosu skupín: odovzdanie istej skupiny atómov z jednej molekuly na druhú.
 
6 Energia
Energia je schopnosť vykonávať prácu. Pod slovom práca si môžeme predstaviť stavbu, čiže anabolické procesy alebo teplo... Bunka vie využiť jedine chemickú energiu. Energia získaná z katabolických procesov sa uchováva, aby neskôr bola k dispozícií.
Energia sa uchováva v makro energetických zlúčeninách. Práve tieto majú schopnosť uchovať veľké množstvo energie a uvoľniť ju tam, kde to je potrebné. Časť chemickej energie, ktorá sa uvoľní makroenergetickej molekuly a bunka je schopná využiť ju sa nazýva voľná energia. Pri každej premene sa časť energie mení na teplo vyžarujúce do prostredia.
 
7 Makroergické / makroenergetické zlúčeniny
 
7.1 ATP- Adenozíntrifosfát alebo kyselina adenozíntrifosforečná (presnejšie Adenozín-5-trifosfát)
ATP je univerzálnou makroenergetickou zlúčeninou, teda univerzálny prenášač energie. Kyselina adenozíntrifosforečná je hlavným prenášačom energie vo všetkých druhoch organizmov. Je schopná uložiť najväčšie množstvo energie z pomedzi všetkých makroergických molekúl. Je to spojka medzi exergonickými a endergonickými reakciami a teda aj medzi katabolickými a anabolickými reakciami. Je produktom katabolických, exergonických reakcií a zároveň jeden zo substrátov pre anabolické, endergonické reakcie. ATP je zložený z troch fosforečnanových  zvyškov, ribózy (cukor) a adenínu. Adenín je zvyšok nukleovej kyseliny a jedna z dusíkatých báz.

ATP je najbežnejšia zlúčenina. Má však aj svoje analógy (s menšou schopnosťou uchovávať energiu), ktoré sa využívajú podobným spôsobom biosyntetických reakciách.
Sú to:
· GTP (guanozíntrifosfát)
· CTP (cytidíntrifosfát)
· TTP (tymidíntrifosfát)
· UTP (uridíntrifosfát)
 
Všetky sa skladajú z dusíkatej bázy, ribózy a troch zvyškov kyseliny fosforečnej:
NTP = N – Ribóza – P – P -- P
(analogický - obdobný, podobný)

Prenos energie v bunke za pomoci ATP
Pri katabolických procesoch sa uvoľňuje energia  štiepaním molekuly. Štiepanie prebieha pod vplyvom enzýmov-katalizátorov. Uvoľnená energia sa uchováva, aby bola k dispozícií pre nasledujúci anabolicky proces. Toto odovzdanie energie sa uskutočňuje pomocou makroenergetických zlúčenín. Tieto zlúčeniny majú energiu uloženú vo svojich väzbách.
 
Štiepením ATP na ADP-adenozíndifosfát sa uvoľňuje energia, ktorej spotreba sa môže realizovať na rôznych miestach bunky (organelách), hlavne v cytoplazme, ale neprechádza z jednej bunky do druhej. Energia, uvoľnená štiepením ATP, bunka používa na pohyb, udržanie teploty, rozmnožovanie...a na všetky procesy ktoré bunka potrebuje vykonávať, aby prežila.
 
7.1.2  Proces fosforylácie ATP
Fosforylácia je chemická reakcie ktorej výsledkom je nadviazanie jednej alebo viacerých fosfátových skupín na H2PO4 na organickú molekulu.
 
Proces fosforylácie ATP je proces tvorby adenozíntrifosfátu nadviazaním fosforečného zvyšku na molekulu adenozíndifosfátu alebo nadviazaním dvoch fosforečných zvyškov na molekulu adenizínmonofosfátu. H2PO4  je jeden fosfátový zvyšok, ktorý sa odštiepi od ATP alebo pripája ku ADP. V živočíšnej bunke sa jedná o oxidačnú fosforyláciu (spojené s dýchaním) a o substrátovú fosforyláciu.
 
7.1.3  Štiepenie makroenergetickej väzby ATP- Hydrolýza ATP
Hydrolýza je hydrolytické štiepenie, a teda štiepenie molekuly za prítomnosti vody. Pri tomto procese sa uvoľňuje energia z molekuly a môže byť použitá.
ATP + H2O = ADP + H3PO4 + energia
Kyselina fosforečná

Príklady iných makroergických molekúl
Poznáme napríklad: GTP, UTP, CTP, glycerol- 3-fosfát, fosfoenolpyruvát, acytyl- CoA (acetyl koenzým A)
Makroergických molekúl je oveľa viac, každá je však typická pre iné reakcie a každá má inú kapacitu prenosu energie.
 
Príklad na porovnanie:
Glycerol-3-fosfát + H2O --------→ glycerol + P + H+
ΔG= - 9,19 kJ.mol-1
ATP + H2O --------→ ADP + P +H+
ΔG = - 30,51kJ.mol-1
 
8 Odkiaľ pochádza energia, ktorá sa viaže na ATP alebo iné makroergické molekuly?
 
Príjem potravy je nevyhnutný pre život. Látky v potrave sa delia na organické a anorganické zložky. Tými anorganickými sú napríklad voda alebo minerály. Organické látky sú tuky, bielkoviny a cukry. Ako príklad sa zameriam na cukry. Všetky zložitejšie cukry (oligosacharidy alebo polysacharidy) sa rozpadajú na monosacharidy (glukóza, fruktóza, manóza a galaktóza) a teda napr. na glukózu. Glukóza je najrozšírenejšou organickou molekulou a hlavným zdrojom energie pre skoro všetky bunky a organizmy.
 
Cukry, inak sacharidy, sa začínajú rozkladať už v ústnej dutine. V čreve sú už rozštiepené na monosacharidy, odtadiaľ sa stenami čreva vstrebávajú do krvi a končia v svaloch alebo pečeni.
Glykolýza- reakcia, počas ktorej sa degraduje/štiepi molekula glukózy. Ide o oxidáciu, lebo glukóza sa odbúrava/oxiduje/štiepi na pyruvát, pričom sa uvoľní energia vo forme ATP. Keď je glukóza rozložená na kyselinu pyrohroznovú do reakcie bola pridaná energia z dvoch ATP molekúl a syntetizovali sa nám štyri molekuly ATP. Tento dej sa uskutočňuje za anaeróbnych podmienok.

V prípade, že kyselina pyrohroznová pokračuje do buniek svalov už sa viac nesyntetizujú nové molekuly ATP. Aj táto časť glykolýzy sa uskutočňuje za anaeróbnych podmienok. Kyselina pyrohroznová sa však dostáva aj do buniek pečene kde sa syntetizuje acetyl koenzým A. Ten vstupuje do citrátového cyklu, čo je oxidácia acetylu Co-A. Po ukončení tohto cyklu je vytvorených 20-násobne viac ATP molekúl než pri anaeróbnej oxidácií. Potom nasleduje syntéza glukózy z acetylu Co-A a jej uloženie vo forme polysacharidov. V rastlinných bunkách je týmto polysacharidom škrob, v živočíšnych glykogén. Tento dej prebieha v cytoplazme.

Záver
Vo svojej práci som sa venovala metabolickým procesom v bunke,  katabolickým a anabolickým. Ďalej som rozoberala makroergické molekuly, konkrétne molekuly ATP, ktoré majú najväčšiu schopnosť prenosu energie a sú najčastejšie využívané. Posledným krokom bola glykolýza, proces štiepenia glukózy. Zistila som, že tieto procesy nemôžu fungovať bez seba, rovnako ako bez množstva ďalších reakcií a jeden proces s druhým sú úzko späté. Sú chemicky presne nastavené a bez nich by život neexistoval.
Vďaka tomuto projekt som nabrala množstvo nových poznatkov o tejto zložitej a aj napriek tomu veľmi zaujímavej téme. Dúfam, že aj Vám priniesol môj projekt obdobný osoh.

Oboduj prácu: 10 9 8 7 6 5 4 3 2 1


Odporúčame

Prírodné vedy » Chémia

:: KATEGÓRIE – Referáty, ťaháky, maturita:

Vygenerované za 0.017 s.
Zavrieť reklamu