Embed Size (px)
DESCRIPTION
x
Citation preview
Glükóz lebontás
Lebontó folyamatok
• A szénhidrátok és zsírok lebontása során
széndioxid és víz keletkezése közben
energia keletkezik (a széndioxidot
kilélegezzük, a vizet pedig
szervezetünkben felhasználjuk). A sejtek
számára a hasznosítható energiát az ATP
termelése jelenti.
Mire költi a szervezet energiáját?
• Izommunkára, tágabb értelemben mozgásra
• A szintetikus (felépítő) folyamatok
energiaigényének fedezésére;
• 2 molekula tejsavból egy molekula glükóz
előállítása például 6 ATP-t igényel.
• Szervezetünknek az állandó belső környezet
fenntartásához hőt kell termelnie, vagy
ellenkezőleg, hőt kell leadnia, ez a
hőszabályozás szintén energiaigényes folyamat.
Mire költi a szervezet energiáját?
• Az utóbbi évtizedek felismerése, hogy a
szervezet hatalmas energiákat fordít
iongradiensek, azaz egyenlőtlen
ionmegoszlási viszonyok létrehozására a
membránok ellentétes oldalán. Ezeket az
iongradienseket használjuk fel gyakran
különböző molekulák, például
idegingerület-átvivő anyagok
transzportjára.
Mire költi a szervezet energiáját?
• A kémiai kötésben lévő energia tehát másfajta
kémiai energiává vagy az izomban mechanikai
energiává alakul át.
• Egy speciális esetben az ATP fénykibocsátásra
is felhasználható vagyis át tud alakulni
fényenergiává is: a szentjánosbogarak nyári
estéken látható fényfelvillanásai is olyan reakció
eredményei, amelyben az ATP adja az energiát.
Acetil-CoA
• Mind a szénhidrátok, mind a zsírok oxidációja egy közös útvonalban találkozik.
• Mindkét folyamat acetil-CoA keletkezésével jár.
• Az acetil-CoA a citromsav-ciklusba csatlakozik, amit mi magyarok szívesen hívunk Szent-Györgyi-Krebs-ciklusnak két felfedezőjéről.
Glikolízis
• A glükóz lebontásának azonban van egy olyan szakasza a glikolízis, amely nem igényel oxigént, és akkor is működik, amikor a sejtek oxigénhiányos környezetbe kerülnek.
• Ilyenkor a lebontás csak piroszőlősavig történik, amelyből tejsav keletkezik, és eközben 1 molekula glükózból 2 molekula ATP keletkezik. Ez egy ősi útvonal, minden sejt képes rá, az olyan sejtek, amelyekben nincs mitokondrium -mint például a vörösvértestek -, kizárólag ily módon jutnak a glükózból energiához.
Áttekintés-erjedés,légzés
Glikolízis
• A rövid ideig tartó, extrém nagy intenzitású
izommunkához, mint amilyen például a
100 méteres síkfutás, ugyancsak az
anaerob lebontás szolgáltatja az energiát.
Ilyenkor a keringés nem tud elég gyorsan
oxigént szállítani az izomhoz, hogy ott a
glükóz a mitokondriumban
oxidálódhasson, így nagy mennyiségű
tejsav keletkezik.
Szent-Gyögyi-Krebs-ciklus
• A Szent-Gyögyi-Krebs-ciklus az a
körfolyamat, ahol minden tápanyag
lebontási útvonala összefut, belőlük
széndioxid, az oxidáció során protonok és
elektronok, kissé pongyola
megfogalmazásban hidrogének
képződnek.
Szent-Gyögyi-Krebs-ciklus
• Ezek a hidrogének a mitokondrium belső
membránjában elhelyezkedő
elektrontranszport-láncba kerülnek, és a
hidrogén oxidációja eredményeképpen víz
képződik. A vízképződés során
felszabaduló energiát fordítjuk ATP-
szintézisére, illetve a kémia kötés
létrehozása céljára nem hasznosítható
energia hő formájában szabadul fel.
Szent-Gyögyi-Krebs-ciklus
• A hidrogén oxidációja során felszabaduló
energia először egy hidrogén-ion- (proton)
gradiens létrehozására fordítódik, majd
ennek az egyenlőtlen ioneloszlásnak az
energiáját használja fel egy enzim az ATP
szintézisére. Ennek a folyamatnak a
felfedezéséért is Nobel-díjat adtak.
Citromsavciklus
Szent-Gyögyi-Krebs-ciklus
• Oxigén jelenlétében a glükózból
piroszőlősav, majd a mitokondriumokban
acetil-CoA képződik, ami a citrát-körben
és a terminális oxidáció folyamataiban
oxidálódik, összességében 36 ATP
molekulát képezve glükózonként. Ez a
glükóz-oxidáció energiamérlege aerob
körülmények között, a mitokondriumokat
tartalmazó sejtekben.
Citromsavciklus
Mitokondriumok
• Ezek a folyamatok a sejten belül egy speciális sejtorganellumban, a mitokondriumokban történnek. A mitokondriumok 1 μm átmérőjű, baktérium méretű organellumok, legfontosabb szerepük az, hogy a sejtlégzés során a sejt számára ATP-t szintetizáljanak. Itt használódik el a légzés során a szervezetbe jutott oxigén, és itt keletkezik a kilégzéssel eltávolított széndioxid - ez a folyamat a sejtlégzés. Az emberi szervezet sejtjeiben több száz, esetleg több ezer mitokondrium található - minél intenzívebb anyagcserét folytat egy sejt, annál több mitokondrium található benne.
Mitokondrium
mitokondrium
Mitokondrium
• Az alapállomány gélszerű, tartalmazza a saját,
prokarióta jellegű, gyűrű alakú DNS-t és
riboszómát, benne játszódik le a citromsav-
ciklus, a zsírsavak oxidációja (béta-oxidáció).
• A belső membrán tartalmazza a légzési lánc
(terminális oxidáció) működéséhez szükséges
fehérjéket, emiatt hozzá köthető a
legjelentősebb mértékű ATP szintézis.
Légzési lánc
• Eddig a pontig a glükózbontás 6 szén-
dioxid, 10 NADH+H+, 2 FADH+H+ és 4
ATP képződésével járt. A glükóz szén- és
oxigéntartalma szervetlen anyagban, a
szén-dioxidban van, hidrogénjei pedig
redukált koenzimeken. Ehhez hat
vízmolekulát fel kellett használnunk.
Légzési lánc
• A szénhidrát-lebontás és ATP-termelés
folyamatában végbemenő négy
anyagcsere-útvonalból ez a harmadik. A
megelőző kettő a glikolízis és a piruvát
oxidáció, a következő pedig a légzési lánc.
külső membránbelső membrán
légzési lánc
ATP szintáz
mátrix
Terminális oxidáció - oxidatív foszforiláció
Légzési lánc
• A folyamat során a redukált koenzimek oxidációval kiindulási állapotukba jutnak vissza. Az átalakulást végoxidációnak, terminális oxidációnak is szokták nevezni. Ennek helye a mitokondrium belső membránja. Itt találhatók a folyamatot katalizáló enzimek perifériás és integráns fehérjék formájában. Ezek végzik az elektrontranszportot a végső elektronfelvevő, a légzési oxigén felé. Eközben egy, a membrán belső felszínéről az alapállományba benyúló enzimkomplex, az oxidáció során felszabaduló energiával ATP molekulákat állít elő. Ez az oxidatív foszforiláció folyamata. Az oxidálódó koenzimekről származó protonok és elektronok végül az oxigénre kerülnek, így alakul ki a végső termék, a víz.
Légzési lánc
• A terminális oxidáció a NADH+H+
molekuláktól indul el. A koenzimek leadják
az általuk ideszállított hidrogének 2
elektronját és egy protonját az
elektrontranszport rendszer első tagjának,
egy enzimnek, ami a második protont az
alapállományból veszi fel. Az enzim
redukálódik, miközben NAD+ molekulák
jönnek létre.
Milyen alkotókból áll a légzési lánc?
A légzési lánc komplexei I.
Az ubikinon (koenzim Q10)
A légzési lánc komplexei II.
szukcinátfumarát
A légzési lánc komplexei III.
coQ
A légzési lánc komplexei IV.
ATP szintáz
forgásH+
F0
F1
a
b
c
γ
c
ß
ε
Peter Mitchell kemiozmotikus modellje
Légzési lánc
• Az enzim a külső kamrába löki a protonokat, az elektronpár pedig a belső membránban található szállítórendszer vastartalmú fehérjéire kerül. Ezek a redoxreakciókra képes membránfehérjék strukturáltan állnak egymáshoz képest. Az elektronpár a membránfehérjék (ubikinon, citokróm-b, citokróm-c, citokróm-a, a3) standardpotenciál csökkenése irányába adogatódik egyik fehérjéről a másikra. Eközben két-két protont juttatnak át a membránfehérjék az alapállomány felől a külső kamrába.
Légzési lánc
• A folyamat többszöri lejátszódása miatt
jelentős protonkoncentrációbeli különbség
alakul ki a belső membrán két oldala
között. A különbség kiegyenlítődését az
alapállomány felé néző enzimkomplex
végzi (protonpumpa). Az enzimkomplexen
átáramló protonpár energiája ATP
szintézisre fordítódik. Ez a Mitchell-féle
kemiozmotikus hipotézis lényege.
Peter Mitchell kemiozmotikus modellje
Légzési lánc
• Egy NADH+H+ molekula hidrogén eredetű elektron- és protonpárt ad le. Az elektronpár miközben végighalad az elektronszállító rendszeren, háromszor biztosít protonpár-áthaladást a mitokondrium alapállománya felől a külső kamrába a belső membránon keresztül. A protonpárok így háromszor haladnak át a protonpumpán, ami minden alkalommal ATP-t szintetizál. Így 1 NADH+H+ molekula 3 ATP szintézisét biztosítja. Egy glükóz lebontásakor azonban 10 NADH+H+ molekula keletkezik, ezek összesen 30 ATP szintéziséhez járulnak hozzá.
Légzési lánc
• A FADH+H+ működése csak annyiban tér el, hogy ő az elektronszállító rendszer távolabbi tagjának képes csak elektronpárt és protont átadni. Emiatt azonban kimarad egy protonpár áramlási lehetősége, így ez a koenzim csak 2 ATP oxidatív foszforilációját eredményezi. Mivel a teljes biológiai oxidáció során egy glükózra számolva 2 FADH+H + keletkezett, ezek összesen 4 ATP szintézisét biztosítják.
Biológiai oxidáció energiamérlege
• Összegezve a biológiai oxidációt, mint a
lebontás leghatékonyabb módját: ha 1
glükózt bontunk így 6 víz- és
oxigénmolekula felhasználásával, akkor a
folyamat végére kapunk 6 szén-dioxidot, 6
(bruttó 12) vízmolekulát és 38 ATP-t.
