Tekst źródłowy strony PCzEB/Zasadnicze szlaki metaboliczne organizmow zywych

<!-- {{poprzedni|CHEM:Przegląd_właściwości_najważniejszych_grup_związków_organicznych_II}} -->
==Fotosynteza==

Jest to złożony, wieloetapowy proces redukcji dwutlenku węgla do substancji zawierających
atomy węgla na niższych stopniach utlenienia. Proces ten zachodzi w roślinach, a energia
potrzebna do jego przebiegu pochodzi ze światła widzialnego (słonecznego), które
pochłaniane jest przez zespoły barwników asymilacyjnych (np. chlorofilu a &mdash; rysunek
poniżej) i zamieniane na energię chemiczną wiązań w cząsteczkach ATP i NADPH (faza
jasna). Substratem w tej reakcji fotolizy jest woda, a produktem ubocznym tlen.

{|class="wikitable"
|[[Plik:NADP+ phys.svg|200px]]
|[[Plik:ATP structure.svg|300px]]
|-
|Cząsteczka NADP<sup>+</sup> (forma utleniona)
|Cząsteczka ATP
|}

[[Plik:Fotosynteza3.png|thumb|left|200px|Schemat fotosyntezy]]
[[Plik:Chlorophyll_a.svg‎|thumb|right|200px|Budowa chlorofilu a]]
Dinukleotyd nikotynoamidoadeninowy (w formie NADPH) jest czynnikiem redukującym w
tzw. fazie ciemnej fotosyntezy. Nośnikiem energii w tej fazie jest inny nukleotyd &mdash; ATP, w
którym hydroliza (i towarzysząca jej hydratacja) bezwodnikowych wiązań P-O-P jest
procesem egzoenergetycznym. Faza ciemna zwana jest też cyklem Calvina ([[wikipl:Melvin Calvin|Melvin Calvin]],
1911-1997, nagroda Nobla 1967). W tym niezwykle złożonym cyklu enzymatycznym
odbywa się redukcja dwutlenku węgla i stopniowa konstrukcja układów cukrowych.
[[Plik:Cykl Calvina.svg|thumb|center|400px|Schemat cyklu Calvina]]
Produktami cyklu Calvina są węglowodany, przede wszystkim popularny monocukier &mdash; glukoza.

[[Plik:Fotosynteza.svg|thumb|left|200px|Przebieg fotosyntezy]]
[[Plik:Conversion of light in leaves.svg|thumb|right|200px|Wykorzystanie energii świetlnej przez liść.]]

Cały proces fotosyntezy zapisuje się zatem w sposób uproszczony jako:

<center>
<math>
6\ H_2O + 6\ CO_2 + h\nu \rightarrow C_6H_{12}O_6 + 6\ O_2; \Delta E = -2872 \frac{kJ}{mol} (-687 \frac{kcal}{mol})
</math>
</center>

<math>h\nu</math> oznacza energię świetlną. Wydajność kwantowa fotosyntezy wynosi ok. 5%

===WĘGLOWODANY===

'''Glukoza''' jest przedstawicielem obszernej grupy związków naturalnych zwanych '''sacharydami'''
('''węglowodanami''', '''cukrami''')

Ze względu na liczbę jednostek cukrowych w cząsteczce, węglowodany dzielą się na:
* cukry proste, inaczej monosacharydy (jednocukry),
* dwucukry, inaczej disacharydy,
* trójcukry, inaczej trisacharydy,
* penta-, heksa-, hepta- itd. sacharydy: oligosacharydy,
* wielocukry czyli polisacharydy (glikogen, skrobia, celuloza).

Cukry proste ze względu na ilość atomów węgla w pojedynczej cząsteczce dzielimy na:
* triozy o 3 atomach węgla, np. aldehyd glicerynowy;
* tetrozy o 4 atomach węgla, np. treoza;
* pentozy o 5 atomach węgla, np. ryboza, rybuloza;
* heksozy o 6 atomach węgla, np. glukoza, galaktoza i fruktoza.

{|class="wikitable"
|[[Plik:Alpha-D-Glucopyranose.svg]]
|[[Plik:Galaktoza.svg]]
|[[Plik:Beta-D-Fructofuranose.svg]]
|-
|<math>\alpha</math>&ndash;D&ndash;glukoza
|<math>\beta</math>&ndash;D&ndash;galaktoza
|<math>\beta</math>&ndash;D&ndash;fruktoza
|}

Tabela powyżej zawiera struktury popularnych monocukrów heksoz.

{|class="wikitable"
|[[Plik:D-Glucose.svg|200px]]
|[[Plik:D-Mannose.svg|200px]]
|-
|D-glukoza
|D-mannoza
|}

{|class="wikitable"
|[[Plik:Alpha-D-Glucopyranose.svg]]
|[[Plik:Beta-D-Glucopyranose.svg]]
|[[Plik:Alpha-D-Mannopyranose.svg]]
|[[Plik:Beta-D-Mannopyranose.svg]]
|-
|<math>\alpha</math>&ndash;D&ndash;glukoza
|<math>\beta</math>&ndash;D&ndash;glukoza
|<math>\alpha</math>&ndash;D&ndash;mannoza
|<math>\beta</math>&ndash;D&ndash;mannoza
|}

Większość cukrów naturalnych należy do enancjomerów szeregu D&ndash;. Powyższe aldoheksozy
(glukoza i mannoza), jak wiele innych cukrów, występują głównie w formie cyklicznej
(hemiacetalowej). Atom węgla C&ndash;1 podstawiony jest grupą hydroksylową na dwa sposoby, co
zaznacza się odpowiednio na wzorze taflowym: do dołu (α), albo do góry (β).

Ważnymi monocukrami są także ryboza i deoksyryboza, które zawierają pięć atomów węgla
(pentozy).

{|class="wikitable"
|[[Plik:Beta-D-Ribofuranose.svg]]
|[[Plik:Deoxyribose.svg]]
|-
|D-ryboza
|D-deoksyryboza
|}

D&ndash;Ryboza wchodzi w skład rybonukleozydów, nukleotydów (np. AMP, ADP, ATP, GTP,
CTP, UTP), dinukleotydów (np. NAD, NADP, FAD), kwasu rybonukleinowego (RNA),
niektórych koenzymów (koenzym A) i witamin (witamina B2 i B12). D&ndash;Dezoksyryboza
stanowi ważny element struktury DNA.

Węglowodany spełniają w organizmach wielorakie funkcje:
* zapasowe &mdash; podczas wieloetapowego spalania 1g glukozy w komórkach wyzwala się 17,2 kJ energii. U roślin magazynem energii jest głównie skrobia i inulina, a u zwierząt oraz ludzi glikogen;
* transportowa &mdash; u roślin transportową formą cukru jest sacharoza, a u zwierząt oraz ludzi glukoza;
* budulcowa (celuloza, hemiceluloza),
* wchodzą w skład DNA i RNA,
* stanowią modyfikację niektórych białek. Wchodzą w skład licznych receptorów komórkowych (jako np. glokoproteiny),
* hamują krzepnięcie krwi &mdash; heparyna,
* są materiałem energetycznym (fruktoza) i odżywczym (maltoza, laktoza, rafinoza).

==Cykl Krebsa==

Cykl Krebsa (cykl kwasu cytrynowego) to przemiany metaboliczne, przebiegające w
komórkach organizmów oddychających tlenem, służący do pozyskiwania energii z rozpadu
np. cukrów, czy tłuszczów.

W cyklu Krebsa utleniany jest acetylokoenzym A (acetylo-CoA) do dwóch cząsteczek
dwutlenku węgla (CO<sub>2</sub>). Wydzielona energia magazynowana jest w chemicznych nośnikach
energii: GTP, NADH i FADH<sub>2</sub>.

Sumaryczny wzór cyklu Krebsa to:

acetylo-CoA + GDP + P<sub>i</sub> + 3NAD+ + FAD + 2H<sub>2</sub>0 → koenzym-A + GTP + 3NADH + 3H<sup>+</sup> + FADH<sub>2</sub> + 2CO<sub>2</sub>

W wyniku utleniania z jednej reszty Acetylo-CoA redukują się 3 cząsteczki NAD i jedna
FAD, powstaje też cząsteczka guanozynotrifosforanu (GTP, równoważnik ATP), sumarycznie
daje to 12 cząsteczek ATP zysku z jednej cząsteczki Acetylo-CoA. Niezbędnym uczestnikiem
łańcucha oddechowego jest tlen.
[[Plik:Cykl krebsa.svg|thumb|center|400px|Schemat cyklu Krebsa]]
===Acetylokoenzym A=== 
jest tu cząsteczką centralną.
[[Plik:Coenzym_A.svg|thumb|center|300px|Budowa Acetylo-CoA]]
Zawiera on dwuwęglową resztę kwasu octowego (acetyl), przyłączoną do atomu siarki dość
słabym wiązaniem, co czyni tę grupę łatwo migrującą.

Acetylo-CoA jest kluczową cząsteczką wiążącą metabolizm cukrów i tłuszczów. Z jednej
strony glukoza może służyć jako łatwo dostępne źródło energii chemicznej w komórkach.
{| align="center" cellspacing=5 style="border: 1px solid #a79c83"
{|
| align="center" bgcolor ="lightgreen" | <small>D</small>-[Glukoza]
|
|
|
| align="center" bgcolor ="lightgreen" | [Kwas pirogronowy]
|
|-
| align="center" | [[File:D-glucose wpmp.svg]]
| align="center" | + 2 [NAD]<sup>-</sup> - 2 [ADP] - 2 [P]<sub>i</sub>
| align="center" | [[File:biochem reaction arrow foward NNNN horiz med.png]]
| align="center" | 2
| align="center" | [[File:Pyruvate2 wpmp.png]]
| align="center" | + 2 [NADH] + 2 H<sup>+</sup> + 2 [ATP] + 2 H<sub>2</sub>O
|}
|}
Jedna cząsteczka glukozy daje w wyniku glikolizy dwie cząsteczki pirogronianu (ang.
pyruvate), który wchodzi następnie do cyklu Krebsa.

Alternatywnie, w warunkach sprzyjających magazynowaniu energii, Ac-CoA wchodzi w
zakres anabolizmu kwasów tłuszczowych, jako form molekularnych pozwalających na
odkładanie w organizmie energetycznych materiałów zapasowych.

[[Plik:FASmodel2.jpg|thumb|centre|400px|Schemat działania enzymu zwanego syntazą kwasów tłuszczowych.]]
Rysunek powyżej przedstawia schemat działania enzymu zwanego syntazą kwasów tłuszczowych.

Kolejno następujące po sobie ośmiokrotne przyłączenie cząsteczek acetylo-CoA daje w
rezultacie pierwotny produkt tego procesu: kwas palmitynowy.
[[Plik:Palmitic_acid.svg|300px|thumb|center|Kwas palmitynowy]]
Inny szlak metabolizmu prowadzi poprzez przemianę acetylo-CoA w pirofosforan izopentenylu (IPP), który następnie staje się prekursorem licznych '''terpenoidów'''.
[[Plik:Sterol_synthesis.svg|400px|thumb|center|Uproszczony schemat syntezy lanosterolu]]
W świecie roślinnym należą do nich '''monoterpeny''' &mdash; składniki olejków eterycznych (mentol,
kamfora), lub skomplikowane układy, jak alkaloid diterpenowy '''taksol''' &mdash; związek występujący
w korze cisu i będący bezcennym lekiem antynowotworowym.

{|class="wikitable"
|[[Plik:Menthol-skeletal.png|200px]]
|[[Plik:Kamfora 007.svg|200px]]
|[[Plik:Paklitaksel.svg|200px]]
|-
|Mentol
|Kamfora
|Taksol
|}

Z kolei w świecie zwierzęcym, lanosterol jest etapem pośrednim w syntezie cholesterolu oraz
wszystkich steroidowych hormonów, kwasów żółciowych i witaminy D.

<!-- [[category:Podstawy chemii i biochemii]] -->