Metabolizm, utlenianie i generowanie energii
METABOLIZM — przemiana materii, suma wszystkich reakcji chemicznych zachodzących w komórkach organizmu.
KATABOLIZM — grupa procesów i ciągów reakcji prowadzących do rozpadu; dostarczają energię.
ANABOLIZM — szlaki metaboliczne prowadzące do syntezy większych cząstek z mniejszych; pochłaniają energię.
Strategia metabolizmu sprowadza się do:
- syntezy ATP i wytwarzania potencjału redukcyjnego (NADPH + H+),
- syntezy elementów budulcowych do różnego rodzaju biosyntez.
ATP nie jest trwały; ma wysokoenergetyczne wiązania bezwodnikowe. Hydroliza ATP uwalnia energię — około 30 kJ/mol (wartość standardowa ~ −30,5 kJ/mol; w warunkach komórkowych zmienna).
Fosfokreatyna stanowi szybki zapas łatwo dostępnej energii; ulega rozkładowi do kreatyny przy udziale kinazy kreatynowej, co pozwala na natychmiastowe odtworzenie ATP podczas krótkotrwałych, intensywnych skurczów mięśni.
Reakcje kataboliczne:
- białka
- wielocukry
- tłuszcze
- aminokwasy
- cukry proste
- kwasy tłuszczowe
- glicerol
- NH3
- glukoza
- CO2
- H2O
- produkty zbędne
W reakcjach katabolicznych zachodzi degradacja pokarmu i biochemiczna produkcja energii. Ostatecznymi produktami katabolizmu są: CO2, H2O i ATP.
ATP jest uniwersalnym nośnikiem energii o wysokim potencjale przenoszenia grup fosforanowych; jest wykorzystywane jako źródło energii podczas skurczu mięśni, aktywnego transportu, wzmacniania sygnałów i różnych biosyntez.
Hydroliza ATP powoduje wzrost stosunku stężenia produktów do substratów, co umożliwia przekształcenie reakcji termodynamicznie niekorzystnych w korzystne.
ATP wytwarza się w utlenianiu glukozy, kwasów tłuszczowych i aminokwasów — głównie w fosforylacji oksydacyjnej wymagającej O2. Fosforylacja substratowa również dostarcza energii (np. w warunkach beztlenowych).
Intermediatem w wielu szlakach jest acetylo-CoA. Jednostka acetylowa ulega utlenieniu do CO2 w cyklu Krebsa (cykl kwasów trójkarboksylowych), podczas którego powstają równoważniki redukcyjne NADH i FADH2, które następnie dostarczają elektrony do łańcucha oddechowego i napędzają syntezę ATP.