Εισαγωγή στον μεταβολισμό Τζώρτζης Νομικός Επίκουρος Καθηγητής Τμήμα Επιστήμης Διαιτολογίας-Διατροφής Χαροκόπειο Πανεπιστήμιο

Ενεργειακές μετατροπές σε ένα ζωντανό οργανισμό Θρεπτικές ύλες στο περιβάλλον (μακρομόρια όπως σάκχαρα, λίπη) Ηλιακή ακτινοβολία Θρεπτικές ύλες στο περιβάλλον (μακρομόρια όπως σάκχαρα, λίπη) Ηλιακή ακτινοβολία Χημικές μετατροπές στο εσωτερικό των κυττάρων Κυτταρικό έργο Χημικές συνθέσεις Μηχανικό έργο Οσμωτικά και ηλεκτροχημικά δυναμικά Παραγωγή φωτός Μεταφορά γενετικής πληροφορίας Χημικές μετατροπές στο εσωτερικό των κυττάρων Κυτταρικό έργο Χημικές συνθέσεις Μηχανικό έργο Οσμωτικά και ηλεκτροχημικά δυναμικά Παραγωγή φωτός Μεταφορά γενετικής πληροφορίας Θερμότητα Ο μεταβολισμός παράγει μόρια απλούστερα από τα αρχικά καύσιμα μόρια (π.χ. CO 2, H 2 O, NH 3 ) Απλές ουσίες πολυμερίζονται και παράγουν μακρομόρια πλούσια σε βιολογική πληροφορία) ΔΥΝΑΜΙΚΗ ΕΝΕΡΓΕΙΑ ΟΙ ΜΕΤΑΤΡΟΠΕΣ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ ΠΑΡΑΓΟΥΝ ΕΡΓΟ Αυξημένη αταξία (εντροπία) στο περιβάλλον Μειωμένη αταξία (εντροπία) στο σύστημα

Μεταβολικές τύχες διαιτητικών συστατικών

Οργανωμένη και ολοκληρωμένη διεργασία χημικών μεταβολών που έχει ως σκοπούς : Παραγωγή χημικής ενέργειας (δέσμευση ηλιακής Ε, αποικοδόμηση θρεπτικών υλών) Μετατροπή θρεπτικών συστατικών σε απαραίτητα για την ζωή μόρια Μονομερή  πολυμερή Τι είναι μεταβολισμός;

Πως επιτυγχάνεται ο μεταβολισμός; o Μέσω ενζυμικών αντιδράσεων Α Β Α  Α1  Α2  Α3  Α4  Α5  Α6  Α7  Α8  Β Ε1 Ε3Ε4Ε5Ε6Ε7Ε8Ε9Ε2 Μεταβολίτες o Διάμεσος μεταβολισμός (αναβολισμός-καταβολισμός) o Χιλιάδες αντιδράσεις μεταβολισμού (~ 100 μόρια παίζουν κεντρικό ρόλο) Ε

Θερμοδυναμική μεταβολισμού o Οι αντιδράσεις του διάμεσου μεταβολισμού πρέπει να είναι ειδικές o Η μεταβολική πορεία να ευνοείται θερμοδυναμικά (ΔG<0) Α+ Β Γ + Δ Φύση αντιδρώντων Συγκέντρωση αντιδρώντων Τύπος 1

Ο μεταβολισμός του ανθρώπου

Οι δύο φάσεις του μεταβολισμού Καταβολισμός Αναβολισμός Μόρια πλούσια σε ενέργεια Υδατάνθρακες Λίπη Πρωτείνες Τελικά προϊόντα μεταβολισμού φτωχά σε ενέργεια CO 2, H 2 O, NH 3 Μακρομόρια κυττάρου Πρωτείνες Πολυσακχαρίτες Λιποειδή Νουκλεινικά οξέα Πρόδρομα μόρια Aμινοξέα Σάχκχαρα Λιπαρά οξέα Αζωτούχες βάσεις ATP NAD(P)H ADP NAD(P)+ Χημική ενέργεια

Ο κύκλος του ΑΤΡ

Το ΑΤΡ, ADP, AMP ATP ADP AMP

Οι ερευνητές που ανακάλυψαν το ΑΤΡ Cyrus H. Fiske ( ) Yellapragada SubbaRow ( )

Το ΑΤΡ ως ενεργειακό νόμισμα Αντίδραση 1 Αντίδραση 2 Αντίδραση 3

Το ΑΤΡ ως μεταφορέας φωσφορικών ομάδων

Ο κύκλος των αναγωγικών ισοδυνάμων

Το NAD και NADH

Ενεργειακή σύζευξη αναβολισμού-καταβολισμού

Τα στάδια του μεταβολισμού

Στάδιο Ι μεταβολισμού Καταβολισμός : Πολυμερή  μονομερή Αναβολισμός : Αποταμιευτικό στάδιο Κοινά χαρακτηριστικά : o Ενζυμικές αντιδράσεις μη αμφίδρομες o Η Ε των καταβολικών πορειών δεν δεσμεύεται υπό την μορφή χημικής Ε o Η ενέργεια των αναβολικών πορειών προέρχεται από ΑΤΡ  ΑΜΡ + ΡΡi

Στάδιο ΙI μεταβολισμού Καταβολισμός : Μονομερή  ενώσεις με 2-3 άτομα C Αναβολισμός : Eνώσεις με 2-3 άτομα C  μονομερή Δεσμεύεται το 1/3 της Ε των μονομερών σε ΑΤΡ ή NAD(P)H Κοινά χαρακτηριστικά : o Ενζυμικές αντιδράσεις αμφίδρομες o Αποδίδεται ή παραλαμβάνεται Ε από ΑΤΡ o Γίνονται οξειδοαναγωγικές αντιδράσεις

Στάδιο ΙII μεταβολισμού Κοινό στάδιο καύσης και για τις τρεις τάξεις ενώσεων Μόνο σε αερόβιους οργανισμούς Πλήρης καύση στα μιτοχόνδρια  CO 2 + H 2 O Αποδίδονται τα υπόλοιπα 2/3 της Ε των μονομερών Κοινά χαρακτηριστικά : o Μη αμφίδρομες αντιδράσεις καύσης o Γίνονται οξειδοαναγωγικές αντιδράσεις

Σύνδεση αντιδράσεων αναβολισμού-καταβολισμού

Ρύθμιση μεταβολισμού Θρεπτικά συστατικά Χημική ενέργεια Δομικά συστατικά Θερμότητα Παραπροιόντα μεταβολισμού Ανθρώπινος οργανισμός Ρύθμιση μεταβολισμού  επίτευξη ομοιόστασης Σταθεροποιημένη κατάσταση

Μηχανισμοί ρύθμιση μεταβολισμού  Σε μοριακό επίπεδο o Ρύθμιση σύνθεσης (γονιδιακή ρύθμιση) και αποικοδόμησης ενζύμων o Τροποποίηση ενζυμικής δράσης (αλλοστερικοί τροποποιητές, ομοιοπολική μεταβολή πρωτοταγούς δομής) o Ισοένζυμα o Προένζυμα (ζυμογόνα) o Κινητική κορεσμού o Εξειδίκευση ενζύμων ως προς τα συνένζυμα o Ενεργειακό φορτίο  < 0,78  καταβολισμός  > 0,78  αναβολισμός 2[ΑΤP] + [ADP] [ATP] + [ADP] + [AMP] 1 2

Μηχανισμοί ρύθμιση μεταβολισμού  Σε υπερμοριακό επίπεδο – επίπεδο κυττάρου o Διαχωρισμός αναβολικών-καταβολικών πορειών o Πολυενζυμικά συστήματα o Αντιδράσεις βηματοδότες (rate-limiting steps) o Διαμερισματοποίηση κυττάρου o Ρύθμιση διέλευσης ουσιών διαμέσου των μεμβρανών o Κύκλοι στο κενό (futile cycles) – αμοιβαία ρύθμιση

Μηχανισμοί ρύθμιση μεταβολισμού  Σε υπερμοριακό επίπεδο – επίπεδο οργανισμού o Δράση ΚΝΣ o Δράση ορμονών o Συστήματα ρύθμισης εσωτερικών υγρών

Ευχαριστώ για την προσοχή σας…..

…..και καλό διάβασμα Biochemistry Pie