[Muzyka] Witajcie moi drodzy w pierwszym odcinku działu metabolizm jest to nowa wersja tego działu to jest trzeci Dział który nagrywam całkowicie od nowa z tego względu że po prostu te pierwsze wersje były gorszej jakości one były takiej jakości na jaką mnie było stać w tamtym czasie kiedy je nagrywałam także nagrałam je od nowa oczywiście po to żeby wam się tego przyjemniej słuchało oglądało żeby lepiej wam się z tego uczyło dział metabolizm myślę jest takim dość trudnym działem który wielu osobom sprawia problemy mi sprawiał problemy bardzo długo ale mam nadzieję że przekonacie się że to nie musi być aż tak trudne jeżeli się odpowiednio do tego podejdzie Niemniej jednak nie zniechęcaj się jeżeli nie będziecie rozumieć wszystkiego za pierwszym razem bo po prostu są to takie zagadnienia które jednak Wymagają trochę wysiłku żeby je dobrze zrozumieć i zapamiętać będziemy tutaj też trochę zahaczać o różne zagadnienia z fizyki chemii aczkolwiek ja będę przedstawiać je w taki sposób maksymalnie uproszczony całkowicie wystarczający dla biologa zwłaszcza na waszym etapie Edukacji i ponieważ w metabolizmie rozchodzi się przede wszystkim o przemiany energii to zdefiniujemy sobie na początek Czym jest energia Energi określa się ogólnie jako zdolność do wykonania pracy z tym że pracy szeroko pojętej czyli pracą będzie zarówno faktyczna praca jak i również skakanie na skakance granie na komputerze oddychanie chodzenie ale również wszelkie procesy które zachodzą w naszych organizmach wszelkie właśnie przemiany takie jak synteza lipidów które odkładają się w postaci naszej tkanki tłuszczowej synteza hormonów trawienie wszelkiego rodzaju procesy które wymagają właśnie dostarczenia energii to wszystko określamy jako praca i myślę że my tego pojęcia energii używamy też dość intuicyjnie Jak mówimy na przykład że mamy dużo energii Czyli jesteśmy na siłach żeby robić wiele rzeczy bądź też kiedy Czujemy się całkowicie pozbawieni energii czyli nie mamy kompletnie na nic siły nie mamy siły nic robić także myślę że to pojęcie energii pojęcie pracy jest takie dość zrozumiałe i teraz w procesach metabolicznych dochodzi do przemian różnych rodzajów energii z jednej w drugą Jakie mamy rodzaje energii no wyróżniamy na przykład energię świetlną energię cieplną energię kinetyczną czyli energię ruchu mamy też energię chemiczną czyli energię wiązań chemicznych i to jest ta która tutaj nas będzie szczególnie interesować i to co jest ważne to to że energia może wchodzić z jednego rodzaju w inny Natomiast nigdy nie powstaje od nowa I nie znika o tym mówi z grubsza zasada zachowania energii Czyli że energia właśnie może zmieniać postać ale nie bierze się znikąd i również nie ginie także niepoprawne jest określenie że energia jest produkowana że energia jest wytwarzana na przykład że energia jest wytwarzana w mitochondriach kiedyś to chyba jeszcze było uznawane na maturze obecnie nie jest dlatego nie używajcie takiego określenia jest to skrót myślowy czasami się to spotyka nawet w jakichś tekstach popularno naukowych Ale nie jest to poprawne i teraz w różnych procesach metabolicznych będziemy obserwować te przemiany energii na przykład w procesie fotosyntezy mamy przemiany energii świetlnej w chemiczną w oddychaniu komórkowym część energii chemicznej się uwalnia w postaci energii cieplnej jak mamy na przykład proces spalania taki po prostu zwykły proces spalania to widzimy jak energia chemiczna przekształca się w energię cieplną w energię świetlno dlatego widzimy Płomień czujemy ciepło Także energia może przechodzić z jednego rodzaju w inny i tak jak mówiłam to co tutaj nas głównie interesuje to jest ta energia chemiczna dlatego powiedzmy sobie więcej czym ona jest Energia chemiczna to jest energia wiązań chemicznych i wiązania chemiczne mamy różnego rodzaju co Pewnie wiecie z chemii tutaj nas głównie interesują wiązania kowalencyjne to są takie wiązania które polegają na tworzeniu wspólnych par elektronowych między atomami No i możemy to porównać do takiego trzymania się za rączki że dwa atomy trzymają się ze sobą za No i generalnie jak się trzymacie z kimś za ręce to musicie w to włożyć jakąś energię tak nie możecie mieć całkowicie bezwładnych kończyn możecie się trzymać mocniej albo słabiej ale jakąś jakiś wysiłek Trzeba w to włożyć i tak samo żeby na przykład jeżeli Trzymacie się za ręce żeby was rozdzielić No to ktoś inny musi w to włożyć jakąś energię Musi w to włożyć jakiś wysiłek i Podobnie jest z wiązaniami chemicznymi że w nich jest zawarta energia i również żeby je rozerwać to też trzeba dostarczyć energii i z tego też wynika że na przykład jak mamy dużą cząst to tam będzie dużo wiązań między poszczególnymi atomami Więc w takiej cząsteczce będzie jakby więcej energii zawarte a w mniejszej prostszej cząsteczce będzie mniej energii i również jeżeli się rozrywa takie wiązanie w cząsteczce to to też powoduje uwolnienie energii także to jest mniej więcej to co potrzebujemy rozumieć o energii chemicznej jest to energia zawarta w wiązaniach chemicznych i teraz tak reakcje ogólnie reakcje chemiczne dzielimy na endoergiczne i egzoergiczne bądź endoenergetyczne i egzoenergetyczne to jest Zasadniczo to samo reakcje egzoergiczne to są takie gdzie zachodzi uwolnienie energii jak sama nazwa wskazuje bo exo czyli exit czyli na zewnątrz czyli coś wychodzi przykładem takim bardzo oczywistym będzie na przykład odpalanie petard petardy wybuchają mamy huk mamy energię świetlną cieplną falę dźwiękową czyli to jest taka reakcja gdzie wyraźnie widać że energia się uwalnia Oczywiście mogą też być bardziej subtelne reakcje egzoergiczne ale generalnie w n wszystkich zachodzi jakieś uwolnienie energii i reakcje endoergiczne czyli odwrotnie Takie które wymagają nakładu energii Endo znaczy do środka i to są najczęściej różne reakcje tworzenia czegoś tworzenia większych cząsteczek z mniejszych wszelkie Procesy syntezy No i to jest logiczne bo tak samo jak w życiu codziennym jeżeli chcemy coś zbudować stworzyć nawet jeżeli jest to po prostu budowla z klocków No to musimy włożyć w to jakąś pracę musimy jakiś wysiłek włożyć także to są te reakcje właśnie które wymagają nakładu energii No i teraz przechodząc już do samego metabolizmu czym on w ogóle jest metabolizm Jest to po prostu ogół przemian czyli wszystkie przemiany Wszystkie reakcje biochemiczne które zachodzą w organizmie w każdej sekundzie naszego życia zachodzi jakaś nieprawdopodobna ilość różnego rodzaju reakcji połączonych w całe szlaki metaboliczne które zachodzą w każdej naszej mce I to właśnie nazywamy metabolizmem i reakcje metaboliczne czy procesy składające się na metabolizm możemy podzielić na kataboliczne i to są takie gdzie następuje rozkład najczęściej większych cząsteczek na prostsze czyli są to reakcje egzoergiczne gdzie energia się uwalnia i tutaj klasycznym przykładem jest oddychanie komórkowe gdzie mamy jakieś bardziej złożone cząsteczki na przykład cukrów Czy innych związków pokarmowych i one są rozkładane potocznie się mówi spalane do prostszych związków do dwutlenku węgla i wody przy czym się uwalnia energia którą wykorzystujemy do naszych procesów życiowych No i mamy również procesy Czy reakcje anaboliczne czyli te odwrotne które wymagają nakładu energii czyli są endoergiczne i to są z kolei wszelkiego rodzaju Procesy syntezy syntezy różnych związków syntezy lipidów hormonów ogólnie wszystko co się wiąże ze wzrostem z regeneracją na przykład właśnie rozbudowa naszych mięśni wszelkie tego typu procesy które wymagają właśnie dostarczenia energii Bo coś jest w nich tworzone tutaj jeszcze jest to prościej przedstawione czyli anabolizm to jest tworzenie bardziej złożonych związków z prostszych Wymaga to nakładu energii zresztą też pewnie Słyszeliście tak jak niektórzy chodzą na siłownię i biorą tak zwane anaboliki czyli te różne substancje które właśnie mają przyspieszać anabolizm czyli Chociażby to owanie rozbudowę tkanki mięśniowej No i mamy katabolizm czyli te procesy rozkładu bardziej złożonych związków do prostszych gdzie energia się skolei uwalnia No i teraz jeszcze coś co pewnie jest dość oczywiste wynika z tego co mówiłam ale warto też to podkreślić że reakcje kataboliczne i anaboliczne są od siebie zależne jedne nie mogą zachodzić bez drugich w organizmie No bo w procesach katabolicznych energia się uwalnia i jest potem wykorzystywana do procesów anabolicznych i tak w kółko także jedne są zależny od drug i teraz Przechodzimy już do sedna po tym wstępie na temat energii i różnego rodzaju reakcji i metabolizmu a mianowicie to co nas przede wszystkim tutaj interesuje w omawianiu tych wszystkich procesów metabolicznych to są enzymy enzymy są kluczowe dla przebiegu reakcji metabolicznych a co za tym idzie w ogóle dla istnienia życia no i właśnie Czym jest życie musimy zadać sobie to bardzo głębokie pytanie oczywiście interesuje nas tutaj życie na poziomie biologicznym możemy je rozpatrywać w różnych aspektach i jedną z takich definicji dość dobrych to jest cytat który wisi nad moim biurkiem Ja nie jestem pewna z jakiej książki on pochodzi ale wydaje mi się że z tej słynnej książki edwina Singera Czym jest życie i on zdefiniował to w ten sposób że żywy organizm to jest taki który odznacza się zdolnością wytwarzania czasowego i miejscowego spadku entropii za pomocą reakcji katalizowanych enzymatycznie więc jak widzicie tutaj te enzymy są kluczowe dla tej definicji życia ponieważ to dzięki nim zachodzą te reakcje które powodują Ten spadek entropii Przypominam że entropia To jest generalnie ta miara chaosu czy miara uporządkowania No i nasze organizmy jako bardzo złożone bardzo uporządkowane struktury mają bardzo niską entropię i ta struktura organizmu jest podtrzymywana właśnie dzięki tym zachodzącym nieustannie reakcją w momencie gdy te reakcje przestają zachodzić w momencie naszej śmierci zaczynamy ulegać stopniowemu rozkładowi czyli nasza entropia rośnie aż rozpad niemy się na pojedyncze cząsteczki i cała nasza złożona organizacja idzie w cholerę także jak widzicie enzymy są tutaj kluczowe Ale czym one są w ogóle i jak one działają w jaki sposób one katalizują te reakcje biochemiczne więc enzymy są No właśnie z definicji tak zwanymi biologicznymi katalizatorami czyli związkami czy cząsteczkami które ułatwiają zachodzenie reakcji Chemic istnieją też katalizatory nieorganiczne niebiologiczne i są to na przykład niektóre metale aczkolwiek one różnią się od enzymów głównie tym że zazwyczaj są [Muzyka] niewybielana zachodzenie reakcji czyli są właśnie tymi biologicznymi katalizatorami i teraz w jaki sposób enzymy ułatwiają zachodzenie reakcji Otóż mówi się że enzymy obniżają energię aktywacji reakcji czym jest ta Energia aktywacji Energia aktywacji to jest taka porcja energii która jest potrzebna do zapoczątkowania reakcji czyli taka Iskra taki zapalnik taki kop energetyczny dzięki któremu reakcja może się w ogóle zapoczątkować I to dotyczy wszystkich reakcji również tych które przebiegają z uwolnieniem energii czyli tych egzoergiczne i tu znowu wracamy do tego porównania z petardami bo ono jest dobre podkreślam że rysunek jest czysto symboliczny Bo króliczki tak jak inne zwierzątka bardzo nie lubią petard boją się tego huku jest to dla nich nieprzyjemne co powinniście mieć na uwadze W każdym razie to jest dobre porównanie bo również żeby odpalić taką petardę musimy najpierw podpalić ląd musimy dać tą iskrę potem ta reakcja zajdzie już sama wybuchowo ale trzeba ją zapoczątkować Innym przykładem nieco bardziej makabrycznym Chociaż w sumie petardy też mogą się skończyć dość makabrycznie jeżeli się ni właściwie z nimi obchodzi ale Innym przykładem jest zrzucenie kogoś ze schodów żeby zrzucić kogoś ze schodów musimy go najpierw popchnąć czyli dostarczyć tej energii aktywacji i potem ta osoba już poleci siłą grawitacji na dół ale musimy ten proces zapoczątkować ni mniej Nie róbcie tego bo może się to źle skończyć w każdym razie w ogóle żeby reakcja chemiczna zaszła to muszą się zadziać dwie rzeczy ja tutaj będę mówić o procesach chemicznych ale bardzo uproszczony sposób taki żebyście po prostu Mieli wyobrażenie o co chodzi więc żeby zaszła jakaś reakcja chemiczna to przede wszystkim cząsteczki czy atomy muszą się ze sobą spotkać zwyczajnie fizycznie i to jest jeden warunek a drugi jest taki że muszą być odpowiednio wzbudzone odpowiednio rozedrgane Nazwijmy to żeby była szansa że ich wiązania się zerwą i że będą mogły utworzyć wiąz ze sobą czyli że wejdą w tak zwany niestabilny stan przejściowy to jest trochę tak jak żeby dwoje ludzi się spotkało i mógł zajść między nimi jakiś związek to też przede wszystkim muszą się w ogóle ze sobą spotkać fizycznie na tym wielkim świecie a po drugie muszą być niejako otwarci na siebie nawzajem bo jeżeli nawet dwie osoby się spotkają w tym samym miejscu ale oboje będą wpatrzeni w swoje telefony i w ogóle nie zainteresowani niczym No to też nic z tego nie będzie Nie no i właśnie także potrzebna jest Energi aktywacji potrzebne jest to to to coś i w takich reakcjach przeprowadzanych po prostu w laboratorium to Energia aktywacji często się dostarcza po prostu przez podgrzanie w momencie Myślę że wiecie że ogólnie cząsteczki cały czas się poruszają wolniej lub szybciej i w roztworze też takie cząsteczki cały czas się w jakiś tam chaotyczny sposób Przemieszczają w momencie jak podgrzewamy rozwor one poruszają się coraz szybciej Więc jest większa szansa że po prostu na siebie trafią że po prostu się spotkają ale również podgrzewanie powoduje że one jakby coraz mocniej drgają są coraz bardziej rozbujane więc jest większa szansa że ich wiązania się zerwą i że będą mogły utworzyć nowe wiązania między sobą i wracając do tego naszego porównania z trzymaniem się za ręce to jest trochę tak jakbyście się trzymali z kimś za ręce a ktoś by wami strasznie mocno potrząsał no to wtedy jest spora szansa że po prostu puścicie się nawzajem puścicie swoje ręce bo no nie będziecie w stanie ich utrzymać i będziecie mogli na przykład chwycić się z kimś innym czy w jakiejś innej konfiguracji w innym układzie No ale właśnie tak się może dziać w warunkach laboratoryjnych Natomiast w organizmie No nie możemy podgrzać zawartości komórek bo jak mam nadzieję pamiętacie z odcinka o białkach białka w wysokiej temperaturze denaturujące a enzymy są zazwyczaj białkami także nie jest nie jest możliwe takie rozwiązanie że podgrzejemy organizm i dzięki temu reakcja będzie zachodzić łatwiej i dlatego właśnie potrzebne są enzymy enzymy tutaj to jest taki klasyczny wykres podręczników który pokazuje że właśnie przebieg reakcji bez enzymu wymaga dostarczenia dużo energii na początek nawet jeżeli ta reakcja potem już zachodzi sama natomiast z enzymem tutaj zachodzi to znacznie łatwiej potrzeba niewiele dostarczyć tej energii żeby ta reakcja zaszła Ten wykres myślę nie do końca oddaje tak naprawdę jak bardzo enzymy ułatwiają zajście reakcji takim dobrym przykładem który się często podaje To akurat jest chyba wyjątkowo wydajny enzym jest to tak zwana anhydraza węglanowa i to jest enzym który katalizuje reakcję uwodnienia dwutlenku węgla i ten enzym potrafi przeprowadzać 100 000 albo nawet milion reakcji na sekundę nie wiem jak wy Ja nie jestem w stanie sobie tego w ogóle wyobrazić jak może zachodzić milion reakcji na sekundę ale tak to jest że te rzeczy które się dzieją na poziomie cząsteczek są zupełnie dla nas jakieś takie niewyobrażalne w porównaniu z naszymi realiami życia codziennego w jakim tempie się wszystko dzieje także gdyby gdyby ta sama ilość reakcji miała zajść tak po prostu bez enzymu No to to by zajęło dosłownie wieki albo i tysiąclecia także jak widać te enzymy naprawdę istotnie wpływają na przebieg reakcji chemicznych można wręcz powiedzieć że umożliwiają te reakcje one ułatwiają ale w takim naprawdę bardzo dużym stopniu Okej ale powiedzmy sobie sobie dokładniej Jak to się dzieje tutaj posłużę się obrazkiem który jest wykorzystywany do memów czasami tutaj nie chciało mi się tego podpisać ale generalnie to jest enzym to są substraty czyli tak jak Wam mówiłam żeby dwie cząsteczki przereagowały ze sobą to przede wszystkim muszą się w ogóle fizycznie spotkać i jedna rzecz którą robią enzymy to jest to że po prostu fizycznie zbliżają do siebie substraty żeby coś się mogło między nimi zadziać wygląda to więcej tak tutaj będziemy mieć w uproszczeniu przedstawione właśnie etapy tak zwanej katalizy enzymatycznej tak mamy enzym to jest enzym to są substraty tutaj w tym przypadku to jest są dwa substraty bo to będzie reakcja syntezy mamy zwierzaczka mamy jego ogonek i te substraty przyłączają się do tak zwanego Centrum Aktywnego w następnym odcinku powiemy sobie więcej Jak wygląda to centrum aktywne to nie jest takie ważne To jest po prostu miejsce gdzie przyłączają się substraty powstaje tak zwany kompleks enzym substrat czyli PR enzym fizycznie zbliża do siebie te dwa elementy tak żeby one mogły ze sobą przereagować i potem następuje uwolnienie gotowego produktu tutaj akurat mamy reakcję syntezy więc rzeczywiście ten enzym po prostu bierze zbliża do siebie te dwie cząsteczki moglibyśmy mieć też reakcję rozkładu gdzie byłby jeden substrat który byłby rozkładany na dwa produkty mogłaby być reakcja po prostu przekształcenie jakiejś cząsteczki w inną w jakiś izomer czy jakaś izomeryzacja czyli tutaj naszego przykładu to gdybyśmy powiedzmy zamienili temu zwierzaczek z łóżkiem co jest dość straszne No ale na tym mniej więcej polega izomeryzacja czyli zamiana miejscami jakiś grup w cząsteczce w każdym razie te reakcje mogą być różne ale jakby jeden z elementów tego co robi enzym to jest to że właśnie po prostu fizycznie cząsteczkę bierze i coś z nią robi albo fizycznie bierze jakieś dwie cząsteczki i je do siebie zbliża natomiast druga rzecz bo tak powiedzieliśmy sobie wcześniej że cząsteczki muszą się spotkać czy atomy muszą się ze sobą spotkać ale muszą być też odpowiednio rozbujane tak rozedrgane muszą te ich wiązania być gotowe do tego żeby się rozerwać i żeby utworzyć nowe wiązania w nowej konfiguracji musi być ten stan niestabilny stan przejściowy i teraz jak to robią enzymy to jest właśnie drugi jakby element działania enzymów i to jest to że one można powiedzieć nadrybie w cząsteczkach dzięki temu mogą powstać nowe wiązania między cząsteczkami Czy w obrębie jednej cząsteczki wracając do tego porównania z trzymaniem się za ręce to jest trochę tak jakbyście się trzymali z kimś za ręce a ktoś by was łaskotał No chyba że nie macie łaskotek ale jest to trochę dziwne normalna osoba ma łaskotki Nie no żartuję niektórzy nie mają łaskotek Nie wiem dlaczego ale Wyobraźcie sobie że macie Jeżeli ktoś was łaskocze No to jest spora szansa że po prostu puścicie w końcu ten chwyt bo nie będziecie w stanie tego wytrzymać i trochę podobną rzecz robią enzymy one na przykład mogą wygiąć taką cząsteczkę także wiązania w niej będą bardziej podatne na rozerwanie tam jest trochę kilka różnych mechanizmów w jaki sposób enzymy mogą przyczyniać się do tego że wiązania w cząsteczce będą zerwane i że powstaną nowe to nie jest aż tak bardzo istotne dla was Ja to tak tłumaczę dogłębniej żebyście mogli trochę lepiej zrozumieć jak te enzymy działają ale dla was tak jakby na takim poziomie maturalnym to co powinniście zapamiętać to po prostu to że enzymy obniżają energię aktywacji reakcji że ułatwiają zachodzenie reakcji i że w ten sposób katalizują różnego rodzaju reakcje biochemiczne reakcje metaboliczne także to jest to co Powinniście na ten moment Wiedzieć Wiedzieć też Czym jest energia Jakie są rodzaje energii mniej więcej że energia może przechodzić jedna w drugą jeden rodzaj w inny że metabolizm to są ogólnie te różnego rodzaju przemiany i procesy które dzielimy na kataboliczne czyli zasadniczo te egzoergiczne gdzie energia się i anaboliczne czyli te endoergiczne które wymagają nakładu energii i te wszystkie reakcje i procesy są katalizowane właśnie przez enzymy więcej o enzymach powiemy sobie jeszcze w dwóch następnych odcinkach bo enzymy są naprawdę ważne jak się przekonaliście tej definicji życia Natomiast na ten moment to będzie tyle Ja Serdecznie dziękuję patronom z ostatniego miesiąca to może nie być dokładnie co do dnia z ostatniego miesiąca bo ja przygotowuję te slajdy trochę wcześniej nagrywam później ale mam nadzieję że każdy się załapie w swoim czasie bardzo serdecznie dziękuję wszystkim osobom które mnie wspierają nawet najmniejszą kwotą bo naprawdę kwota nie ma tu znaczenia jest was tak dużo w tym momencie tak dużo osób mnie ogląda że gdyby kilka procent wpłaciło kilka złotych to już to by już była Fortuna także jeżeli chcecie mnie w jakiś sposób wesprzeć linki znajdują się jak zawsze w opisie pod filmem ja wam dziękuję za uwagę i zapraszam do następnego odcinka