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