Transcript 4.

LÉGZÉS
(Biológiai oxidáció)
A légzés fogalma és jelentősége
•Nagy molekulájú szerves vegyületek egyszerűbb
vegyületekké oxidálódnak energia felszabadulása közben.
C6H12O6 + 6O2 → 6CO2 + 6H2O
•Jelentősége:
•A szubsztrátok kémiai energiája ATP-ben raktározódik
•Intermedierek keletkeznek, melyek bioszintézisek
kiindulási vegyületei
•Véd az egyes környezeti tényezőkkel szemben
(pl.: O2)
•A sérült, felesleges sejtrészeket lebontja, újrahasznosítja
•Hőt szabadít fel, ezáltal elősegítheti a megporzást
A mitokondrium felépítése
1. ábra: A mitokondrium felépítése. A: krisztás, B: tubuláris.
A légzés alapreakciói
1.A szubsztrát oxidációja dehidrogenálással → redukált
nukleotidok keletkeznek (R-H2: NADH, NADPH2, FADH2)
2.Végoxidáció: a hidrogén egyesülése a molekuláris oxigénnel
Mindkét folyamat során ATP képződik (2, ill. 36 molekula)
2. ábra: A légzés alapreakciói
1. Dehidrogenálás
• Ebben a szakaszban nincs szükség O2-re csak H2O-re.
• A szubsztrát oxidálása közben energia szabadul fel:
szubsztrát szintű ATP-szintézis.
• A dehidrogenálás két úton történhet:
1.1 Glikolízis és a hozzá kapcsolódó citrát-ciklus
1.2. Pentóz-foszfát ciklus
A glikolízis
•A citoplazmában játszódik le.
•A glükóz oxigént nem igénylő anaerob lebontása.
•Folyamata: glükóz-foszfát → glicerinaldehid-foszfát → piruvát.
•1 glükóz molekula lebontásakor 2 ATP molekula képződik.
•A piruvátról széndioxid és hidrogén hasad le → acetil-gyök
keletkezik → ez a koenzim-A-ra kerül → amely belép a citrátkörbe
•A piruvát és az acetil-KoA bioszintézisek kiindulási vegyületei
glükóz-foszfát
glicerinaldehid-foszfát
glikolízis
piroszőlősav
CH3-CO-COOH
acetil-KoA
(CH3-CO)oxálecetsav
citromsav
citrát-ciklus
FADH2
végoxidáció
FAD
elektronszállító
rendszer
3. ábra:
A biológiai oxidáció
A citrát-ciklus (Szent-Györgyi – Krebs ciklus)
•A mitokondrium mátrixában játszódik le.
•Az acetilcsoport lebontása CO2 és redukált nukleotidok
(NADH, NADPH2, FADH2) keletkezése közben.
•A citrátkör köztitermékei bioszintézisek kiindulási vegyületei.
•Folyamata: az acetilcsoport és a víz az oxálecetsavhoz
kapcsolódik → citromsav keletkezik → a citromsav különböző
szerves savakon („picike borfaló”) keresztül visszaalakul
oxálecetsavvá.
oxálecetsav
citromsav
almasav
fumársav
borostyánkősav
izo-citromsav
α-ketoglutársav
4. ábra: A citrát-ciklus
A lipid- és a szénhidrát-anyagcsere kapcsolata
A lipidek a lipáz enzim hatására glicerinre és zsírsavakra bomlanak.
5. ábra: A neutrális zsírok felépítése
•A glicerinből piroszőlősav keletkezik
•A zsírsavak az ún. β-oxidáció során acetil-KoA-ra bomlanak.
•Mindkét termék bekapcsolódik a citrátkörbe.
•Olajos magvakban a zsírsavak a glioxiszómákban, a glioxalátciklusban bomlanak le.
•Folyamata: zsírsav → acetil-KoA (aktivált ecetsav) → glioxalát
→ szukcinát (borostyánkősav) → bekapcsolódás a citrátkörbe.
•A fehérjék és a lipidek lebontása szorosan kapcsolódik a
szénhidrátok lebontásához.
6. ábra: A lebontó
anyagcsere
vázlatos áttekintése
A pentóz-foszfátciklus
•Idős, sérült vagy fertőzött szövetekben a pentóz-foszfát ciklus
aránya a glikolíziséhez képest megnő.
•A citoplazmában és a színtestben is végbemehet
•A glükóz közvetlenül oxidálódik.
•A glükózból ribulóz-foszfát, széndioxid, NADPH és ATP
képződik
•Az intermedierek képződése jelentős
(→aminosavak, nukleinsavak)
2. A végoxidáció
•A mitokondrium belső membránján játszódik le.
•A redukált nukleotidok oxidálódnak, a hidrogén az oxigénre kerül,
víz és ATP keletkezik (oxidatív foszforilálás).
•Az elektronok az elektrontranszport-láncon keresztül szállítódnak:
 mitokondrium belső membránjához kötött fehérjekomplexek,
 mobilis elektronszállítók (ubikinon, citokróm-c)
•A protonok a belső és a külső membrán közötti térben
halmozódnak fel (perifériális tér) → a belső membrán két felszíne
között proton-gradiens alakul ki.
•A protonok a perifériális térből a mátrixba kerülnek → a protongradiens kiegyenlítődik → ATP szintetizálódik (1glükóz→36ATP).
•A protonok és az elektronok az O2-re kerülnek → H2O képződik.
7. ábra: A végoxidáció
(terminális oxidáció)
perifériás tér
mátrix
ATP szintetáz komplex
8. ábra: A végoxidáció
(terminális oxidáció)
A légzés és az erjedés
•Disszimiláció: légzés (oxigénnel) és az erjedés (oxigén nélkül)
•Aerob szervezetek: a disszimilációhoz oxigén szükséges
•Anaerob szervezetek: a disszimilációhoz oxigén nem szükséges
•fakultatív ~: a disszimiláció oxigénnel vagy anélkül is
végbemehet.
•obligát ~: a disszimiláció csak oxigén nélkül megy végbe, az
oxigén számukra méreg.
Az erjedés
•Oxigénhiány esetén minden szervben előfordulhat, pl.:
vízfeleslegnél.
•Az erjedés első lépései megegyeznek a glikolízis
folyamatával a piroszőlősav keletkezéséig.
•Innen több reakcióút lehetséges, a végtermék lehet: etanol,
tejsav, vajsav, hangyasav, stb.
•Az erjedés során 1 glükóz molekula lebontásakor csupán 2
molekula ATP keletkezik.
7. ábra: Az erjedés