ΒΙΟΧΗΜΕΙΑ ΕΡΩΤΗΣΕΙΣ ΣΥΝΕΧΕΙΑ Name: Koutrafouri Celia Undergraduate Student: Food Science & Technology at ATEI of Athens Γ Εξάμηνο   Βιοχημεία Θεωρία ΒΙΟΧΗΜΕΙΑ   ΕΡΩΤΗΣΕΙΣ ΣΥΝΕΧΕΙΑ

15) Όταν προστίθεται Ο2 σε αιώρημα κυττάρων που καταναλίσκουν, αναερόβια, γλυκόζη με έντονο ρυθμό, ο Ρυθμός μεταβολισμού της γλυκόζης Μειώνεται Δραματικά ενώ παράλληλα Ελαττώνεται το παραγόμενο Γαλακτικό οξύ. Το φαινόμενο αυτό, που πρώτα παρατηρήθηκε από τον Louis Pasteur γύρω στο 1860, είναι χαρακτηριστικό των περισσότερων κυττάρων που είναι ικανά να χρησιμοποιούν την γλυκόζη τόσο αερόβια όσο και αναερόβια.  

Α) Γιατί μειώνεται η παραγωγή Γαλακτικού με την προσθήκη Ο2 Με την προσθήκη Ο2 ακολουθείται η Αερόβια πορεία, κύκλος του Krebs. Άρα δεν έχουμε Γαλακτική ζύμωση. Συνεπώς, δεν παράγεται Γαλακτικό οξύ. Κατά την πορεία αυτή το πυροσταφυλικό μετατρέπεται σε ακετυλο-CoA και έτσι δεν έχουμε Γαλακτική ζύμωση. Για να παραχθεί Γαλακτικό πρέπει να έχουμε Αερόβιες συνθήκες.  

CH3COOCOOH + NADH + H+ → CH3COOH2COOH + NAD+ Γαλακτική αφυδρογονάση  

Β) Γιατί η παρουσία Ο2 μειώνει την κατανάλωση της γλυκόζης   Με την παρουσία Ο2 Μειώνεται η κατανάλωση Γλυκόζης Γιατί με τον κύκλο του Krebs από 1 μόριο γλυκόζης παράγονται 36-38 ATP ενώ χωρίς Ο2 από 1 μόριο γλυκόζης παράγονται 2 ATP. Άρα έχουμε οικονομία καυσίμων.

Γ) Με ποιόν τρόπο ( ποιες ουσίες σε ποια συγκεκριμένα ένζυμα) επιτυγχάνεται το β.   Η αντίδραση κλειδί είναι: 6-φωσφορική φρουκτόζη → 1,6 διφωσφορική φρουκτόζη Φωσφοφρουκτοκινάση Η αντίδραση αναστέλλεται από υψηλή ενέργεια ATP

16) Γράψτε την ολική αντίδραση μετατροπής της Γλυκόζης σε Πυροσταφυλικό οξύ και το αντίστροφο. Ποιο το αποτέλεσμα αν γίνονται ταυτόχρονα και οι 2 πορείες με τον ίδιο τρόπο. (ΥΠΟΔΕΙΞΗ: Συμβαίνει στους μύες ορισμένων οργανισμών, που ζουν σε ψυχρό περιβάλλον, πριν μετακινηθούν).  Παρόλο που κατά την Γλυκόλυση η γλυκόζη μετατρέπεται σε πυροσταφυλικό και κατά την Γλυκονεογέννεση το πυροσταφυλικό σε γλυκόζη, η Γλυκονεογέννεση δεν είναι αντίστροφη της Γλυκόλυσης. Αυτό συμβαίνει γιατί η ισορροπία γέρνει προς τα δεξιά προς το πυροσταφυλικό.

  Μετατροπή γλυκόζης σε πυροσταφυλικό (Γλυκόλυση) Γλυκόζη + 2Pi +2ADP+2NAD+→2 Πυροσταφυλικό + 2ATP + 2NADH +H+ Mετατροπή πυροσταφυλικού σε Γλυκόζη 2 Πυροσταφυλικό + 4ATP +2GTP +2NADH +6H2O→ Γλυκόζη+4ADP +2GDP+6Pi +2NAI + 2H+

Aν και οι 2 πορείες ήταν σε πλήρη δραστικότητα ταυτόχρονα, το συνολικό αποτέλεσμα θα ήταν η υδρόλυση 4 τριφωσφορικών νουκλεοζιτών ανά κύκλο, αντίδρασης.   Τότε οι κύκλοι υποστρώματος θα: Ενίσχυαν τα μεταβολικά σήματα Είχαμε παραγωγή θερμότητας λόγω υδρόλυσης του ATP

18) Αναπτύξτε τον τρόπο με τον οποίο τα ακυλο-CoA διαπερνούν την μιτοχονδριακή μεμβράνη.   Τα Λ.Ο. λιπαρά οξέα οξειδώνονται στα μιτοχόνδρια και ενεργοποιούνται πριν εισέλθουν στην μιτοχονδριακή μήτρα. Το ATP οδηγεί στον σχηματισμό 1 θειοεστερικού δεσμού μεταξύ της καρβοξυλικής ομάδας του Λ.Ο. και της σουλφυδρυλικής ομάδας του CoA. Η αντίδραση ενεργοποίησης λαμβάνει χώρα στην εξωτερική μιτοχονδριακή μεμβράνη και καταλύεται από την συνθετάση του ακετυλο-CoA. Tα ενεργοποιημένα Λ.Ο. μεταφέρονται στην εσωτερική μιτοχονδριακή μεμβράνη από την καρνιτίνη.

Η αλκυλομάδα μεταφέρεται από το άτομο S του CoA στην υδροξυλική ομάδα της καρνιτίνης για τον σχηματισμό της ακυλοκαρνιτίνης.   Η αντίδραση καταλύεται από την ακυλομεταφοράση Ι της καρνιτίνης. Η ακυλοκαροτίνη μεταφέρεται διαμέσου της εσωτερικής μιτοχονδριακής μεμβράνης από 1 μετατοπάση. Η αντίδραση καταλύεται από την ακυλομεταφοράση ΙΙ της καρνιτίνης. Εξωτερική μεμβράνη: RCOOH +CoASH + ATP→ RCOSOOA+ AMP+PPi

Εσωτερική μεμβράνη: ΑκυλοCοΑ+ καρνιτίνη→ ακυλοκαρνιτίνη+CoASH   19) Έστω ότι ανακαλύπτετε 1 μεταλλαγμένο στέλεχος ζύμης στην οποία η Γλυκολυτική πορεία συντομεύεται λόγω της ύπαρξης 1 νέου ενζύμου που Καταλύει την Αντίδραση:   3-φωσφο-γλυκεριναλδεύδη + Η2Ο + NAD→ 3-φωσφογλυκερινικό +NADH +H+ Mπορεί η συγκεκριμένη ζύμη να αναπτυχθεί Α) Αερόβια Β) Αναερόβια

Α) Αερόβια   Από τον κύκλο του Krebs μέσω της Αναπνευστικής Αλυσίδας έχουμε 2(15)= 30 moles ATP Και από τον Κύκλο των Πεντοζών έχουμε 6 moles. Σύνολο 36 moles, άρα ο οργανισμός μπορεί να παράγει ενέργεια χωρίς να στηρίζεται στην γλυκολυτική πορεία.

Β) Αναερόβια   Το NADH δε συμμετέχει στην Αναπνευστική Αλυσίδα, Άρα δεν παράγεται NADH2, επομένως ούτε ATP. Άρα δε σχηματίζεται το Γλυκερινικό-1-P-3-P το οποίο αποδίδει 2 ATP. Από την Γλυκόλυση δεν έχουμε κέρδος ATP, εφόσον 2ATP παράγονται και 2ATP καταναλώνονται. Άρα ο οργανισμός δεν αναπτύσσεται λόγω ενεργειακού συμφέροντος.

22) Ο ρυθμός καρβοξυλίωσης του πυροσταφυλικού οξέος από την πυροσταφυλική καρβοξυλάση διεγείρεται από το Ακετυλο-CoA που είναι 1 θετικός αλλοστερικός ρυθμιστής της. Μετά από 1 γεύμα πλούσιο σε λιπαρά οξέα αλλά φτωχό σε υδατάνθρακες διακόπτεται ο καταβολισμός της γλυκόζης ενώ αυξάνει η οξείδωση του Ακετυλο-CoA. Εξηγήστε το φαινόμενο.

Μετά από 1 γεύμα πλούσιο σε λιπαρά γίνεται καταβολισμός των Λ.Ο. προς παραγωγή μεγάλης ποσότητας Ακετυλο-CοΑ Αυτή η αυξημένη συγκέντρωση αναστέλλει την δράση της αφυδρογονάσης του πυροσταφυλικού. Το ίδιο προκαλεί και η αυξημένη συγκέντρωση του NADH που παράγεται κατά την οξείδωση του Ακετυλο-CοΑ   .

Λόγω των υψηλών επιπέδων ATP, κιτρικού και ενδιάμεσων προϊόντων της Γλυκόλυσης Αναστέλλονται τα ρυθμιστικά ένζυμα της Γλυκολυτικής πορείας και σταματά ο καταβολισμός της γλυκόζης. Ωστόσο υψηλή συγκέντρωση Ακετυλο-CοΑ σημαίνει την ανάγκη για περισσότερο Οξαλικό οξύ

Επειδή υπάρχει περίσσεια ATP το οξαλοξικό θα καταναλωθεί στην γλυκονεογέννεση. Αυτό είναι σημαντικό ώστε να καλύψει ο οργανισμός τις ανάγκες του σε γλυκόζη, η οποία δεν καταβολίζεται αφού έχει ανακοπεί η γλυκόλυση.   Άρα μετά από αυτό το γεύμα η Γλυκόλυση αναστέλλεται με σκοπό να διατηρηθούν τα επίπεδα γλυκόζης στον οργανισμό. Η απαιτούμενη για τις ανάγκες του οργανισμού ενέργεια προκύπτει από την οξείδωση των Λ.Ο. και την είσοδο του ακετυλο-CoA στον κύκλο του Krebs. .

Η πυροσταφυλική καρβοξυλάση συνεπώς διεγείρεται από τις υψηλές συγκεντρώσεις του ακετυλο-CoA, όμως δεν υπάρχει πυροσταφυλικό για να τα καρβοξυλιώσει. Έτσι οι ποσότητες του οξαλοξικού εισέρχονται στην Γλυκονεογεννέση.