Metabolizm

Kurs metabolizmu, a ściślej mówiąc kurs biochemii

Wykłady prowadzi Waldemar Lewiński

Współautorzy: Jan Prokop, Jacek Balerstet i Teresa Borowska

W naszym multimedialnym kursie przedstawiamy podstawy biochemii - nauki opisującej procesy metaboliczne zachodzące w komórkach prokariontów, roślin i zwierząt (w tym człowieka). Materiał został podzielony na 10 umownych lekcji. Łączny czas trwania wykładów: 10 godzin i 8 minut. Do kursu dołączyliśmy 105 wyselekcjonowanych zadań CKE.

Przejdź do lekcji lub zobacz co omawiamy na kolejnych wykładach...

  1. Zaczynamy od przedstawienia metabolizmu w ujęciu zasad termodynamiki. Przypominamy dwa podstawowe kierunki metabolizmu: katabolizm i anabolizm. Wprowadzamy pojęcia: reakcje biochemiczne, szlaki metaboliczne (w tym cykle metaboliczne). Wskazujemy źródła energii dla układów żywych (formy energii o różnej użyteczności biologicznej). Wyjaśniamy, czym jest energia swobodna (ΔG).
  2. Przedstawiamy katalizę enzymatyczną jako rozwiązanie problemu "termicznych" ograniczeń metabolizmu, m.in. energia aktywacji (Ea). Sprzęgamy reakcje egzoergiczne z endoergicznymi. Budujemy enzym (m.in. z apoenzymu, kofaktora, koenzym, grupy prostetycznej). Wyjaśniamy mechanizm działania enzymów - obniżanie Ea: model zamka i klucza, model indukcyjnego dopasowania, specyficzność substratową. Klasyfikujemy enzym. Badamy wpływ różnych czynników na pracę enzymów (m.in. temperatura, pH). Śledzimy kinetykę reakcji enzymatycznych (krzywa i stała Michaelisa, powinowactwo do substratu, liczba obrotów). Regulujemy pracę enzymów (aktywacja i inhibicja enzymów; inhibicja kompetycyjna i niekompetycyjna; aktywacja przez proteolizę; regulacje allosteryczne). Wyjaśniamy, jak działają sprzężenia zwrotne ujemne w regulacjach szlaków metabolicznych. Odpowiadamy nawet na pytanie, dlaczego enzymy są prawie zawsze białkami.
  3. Wyjaśniamy, czym są i do czego służą metaboliczne akumulatory i nośniki energii. Sprzęgamy katabolizm z anabolizmem. Budujemy "uniwersalnego żołnierza" - cząsteczkę ATP zawierającą wiązania wysokoenergetyczne. Przeprowadzamy fosforylacje: substratową, oksydacyjnę i fotosyntetyczną. Wyjaśniamy trudne terminy - chemiosmoza, syntaza ATP, gradient protonowy i jego siła protonomotoryczna. Wprowadzamy reakcje i procesy redoks na komórkowe salony. Wskazujemy uniwersalne nośniki elektronów: NAD, NADP, FAD. Dla zainteresowanych budujemy i uruchamiamy syntazę ATP.
  4. Bierzemy się za oddychanie komórkowe. Część I. analizy zaczniemy od historii odkryć, m.in. J. Priestleya, L. Pasteura, E. Buchnera, G. Embdena, H. Krebsa. Następnie bierzemy się za paliwa komórkowe i ich wykorzystanie. Wyróżniamy dwa warianty oddychania komórkowego: beztlenowy i tlenowy (bez chemiosmozy i z chemiosmozą). Śledzimy przebieg glikolizy i restytucji (regeneracji) NAD (fermentacja mleczanowa, fermentacja etanolowa). Bilansujemy oddychanie beztlenowe. Dla zawziętych przygotowaliśmy specjalne Tablice biochemiczne (plansze z reakcjami), które można wyświetlić na ekranie.
  5. Oddychanie komórkowe cz. II. obejmuje etapy tlenowe. Przypominamy, czym jest w istocie oddychanie tlenowe i lokalizujemy jego etapy w komórce prokariotycznej i eukariotycznej. Sporządzamy bilans "startowy"/otwarcia. Przedstawiamy reakcję pomostowa i cykl Krebsa (przebieg, bilans dla jednego i dwóch "obrotów"oraz analizę dekarboksylacji i dehydrogenacji). Sporządzamy kolejny bieżący bilans przemian. Śledzimy utlenianie końcowe w tzw. łańcuchu oddechowym (elementy łańcucha, kaskada energetyczna, potencjały redoks; chemiosmoza; fosforylacja oksydacyjna). Szacujemy wartość energetyczną NADH i FADH2. Sporządzamy bilans całkowity utlenienia cząsteczki glukozy. Uruchamiamy beta-oksydację (lokalizacja, przebieg i bilans dla 1 cz. palmitynianiu). Zakłócamy oddychanie komórkowe dinitrofenolem. Przedstawiamy wstępne informacje o katabolizmie aminokwasów. Dla zawziętych przygotowaliśmy specjalne Tablice biochemiczne (plansze z reakcjami), które można wyświetlić na ekranie.
  6. Przechodzimy "na chemosyntezę" - autotrofizm w najprostszym wydaniu. Wykorzystujemy Metanococus jannashi do przedstawienia najpierwotniejszego (beztlenowego) wariantu chemosyntezy. Śledzimy przebieg procesu chemosyntezy u współczesnych chemoautotrofów tlenowych. Podajemy przykłady chemoautotrofów.
  7. Rozpoczynamy analizę fotosyntezy. W cz. I. przedstawiamy historię odkryć związanych z fotosyntezą (m.in. eksperyment van Helmonta, doświadczenie Engelmanna), podział fotosyntezy na beztlenową i tlenową. Dokładnie przyglądamy się barwnikom fotosyntetycznym (chlorofile) i fotosystemom. Analizujemy widma absorpcyjne używając spektrofotometru. Wyjaśniamy trudne pojęcie fotoindukcji (w tym powrót do stanu podstawowego, przekazanie pobudzenia, emisja elektronu). Budujemy modelowy fotosystem (fotoukład) - antena, centrum reakcji, pierwotny akceptor elektronów, pułapka energetyczna.
  8. Cz. II. fotosyntezy zaczynamy od analizy budowy i funkcji błon aktywnych fotosyntetycznie (fotosystemy, łańcuch transportu elektronów, syntaza ATP). Śledzimy przebieg fazy zależnej od światła (fosforylacja niecykliczna i cykliczna). Sporządzamy bilans fazy jasnej (wytworzenia siły asymilacyjnej) i zapisujemy równanie ogólne fazy jasnej. Śledzimy przebieg fazy niezależnej od światła: cykl Calvina-Bensona (karboksylacja, redukcja, regeneracja). Szacujemy zysk netto fazy ciemnej. Zapisujemy równanie ogólne i bilans fotosyntezy. Dla zainteresowanych szacujemy wydajność kwantową fotosyntezy. Wyjaśniamy, czym jest  fotooddychanie. Wprowadzamy pojęcia: rośliny CAM i C4. Analizujemy czynniki wpływające na fotosyntezę (m.in. temperatura, światło, CO2).  Dla zawziętych przygotowaliśmy specjalne Tablice biochemiczne (plansze z reakcjami), które można wyświetlić na ekranie.
  9. Zabieramy się za przemiany cukrów i kwasów tłuszczowych, których jeszcze nie analizowaliśmy: glikogenolizę i glukoneogenezę, a także cykl Corich i cykl Lynen (ciała ketonowe jako rezerwowe paliwo metaboliczne i kwasica ketonowa). Bardzo ogólnie przedstawiamy także syntezę kwasów tłuszczowych. Dla zainteresowanych przedstawiamy szlak pentozofosforanowy (źródło pentoz i siły redukcyjnej).  Pokazujemy, że acetylo-CoA jest prawdziwym węzłem metabolicznym.
  10. Analizę przemian azotowych zaczynamy od rozwinięcia zagadnienia katabolizmu aminokwasów (deaminacja bezpośrednia i transaminacja, losy ketokwasów). Przechodzimy do końcowych produktów przemian związków azotowych (aminokwasów i zasad azotowych)(amoniak, kwas moczowy i guanina, mocznik). Przedstawiamy ogólnie cykl ornitynowy.

Informacje dodatkowe

Nasz kurs ma Ci przybliżyć trudne zagadnienia z pogranicza biologii, chemii organicznej i fizyki. Nie ma jednak żadnego powodu, aby katować się zapamiętywaniem wszystkich reakcji. Chodzi o zrozumienie złożoności metabolizmu i mechanizmów ważnych procesów biochemicznych. Zatem zapraszamy!
  • Kurs można wykupić pojedynczo lub w pakiecie subskrypcyjnym Teraz Biologia
  • Materiały są przeznaczone wyłącznie do użytku prywatnego!

 

Aby uzyskać dostęp, musisz wykupić Teraz Biologia (1 rok), Teraz Biologia (2 lata) albo Metabolizm, lub zalogować się jeśli masz już subskrypcję.
Autor kursu

Waldemar Lewiński

Nauczyciel, korepetytor i jednocześnie autor m.in. słynnej serii książek dla kandydatów na uniwersytety medyczne i przyrodnicze. Łącznie napisał ponad 40 książek przeznaczonych dla uczniów i nauczycieli. Wychowawca wielu olimpijczyków. Uczniowie nazwali go "Mistrzem Biochemików". Jest laureatem pierwszej edycji Nagrody im. Filipa Kallimacha, przyznawanej za wybitne osiągnięcia w sferze edukacji przez redakcję Magazynu Literackiego „Książki”. Pasjonat biologii i... rowerów, szczególnie górskich.

Lekcje